近來(lái)，多材料打印技術(shù)備受關(guān)注，這并非偶然。無(wú)論是制造商還是專業(yè)用戶，這項(xiàng)技術(shù)都在飛速發(fā)展，從Bambu Lab和Prusa等公司推出的最新多材料桌面系統(tǒng)，到更多實(shí)驗(yàn)性方案，都展現(xiàn)出巨大的潛力。如今，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的研究人員發(fā)布了一種全新的多材料3D打印解決方案。該系統(tǒng)采用多個(gè)擠出機(jī)，并通過一個(gè)專用噴嘴將多個(gè)擠出機(jī)組合成一股高流量的打印流。據(jù)ORNL稱，該系統(tǒng)在保持與最大擠出機(jī)相同打印速度的同時(shí)，還具備更高的靈活性和精度。

該項(xiàng)目旨在解決大型擠出機(jī)性能不足的問題。首先，這些擠出機(jī)重量較大，需要更堅(jiān)固、更昂貴的龍門架或機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)輸。其次，隨著流量的增加，精度可能會(huì)降低，導(dǎo)致流量不穩(wěn)定。這會(huì)給小型零件和大型錐形設(shè)計(jì)帶來(lái)問題。為了緩解這個(gè)問題，必須降低打印速度，以防止熱量積聚導(dǎo)致翹曲。橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)提供了一種更高效的解決方案：它允許用戶在不影響質(zhì)量的前提下添加或停用小型擠出機(jī)。尤其值得一提的是，它支持在單個(gè)批次中同時(shí)打印多種材料，而無(wú)需更換設(shè)備。

這種方法可以將多種材料放置在同一個(gè)托盤上。

它是如何運(yùn)作的？

ORNL的設(shè)計(jì)基于正在申請(qǐng)專利的噴嘴塊。這些噴嘴塊采用鋁青銅制成，以提高強(qiáng)度和導(dǎo)電性，其內(nèi)部設(shè)計(jì)可將來(lái)自平行擠出機(jī)的兩股熔融聚合物流熔合在一起。這種設(shè)計(jì)使系統(tǒng)能夠以多種配置大規(guī)模處理各種顆粒狀原材料。ORNL報(bào)告稱，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地將產(chǎn)量提高一倍，甚至可能提高三倍、四倍等等。該多路復(fù)用系統(tǒng)通過采用Y形噴嘴，簡(jiǎn)化了擠出過程并顯著降低了中心孔隙率。

“該系統(tǒng)使較小的擠出機(jī)能夠在不增加重量的情況下達(dá)到大型系統(tǒng)的吞吐量，并實(shí)現(xiàn)前所未有的多材料擠出，有望重新定義擠出式增材制造，”領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究員哈利勒·特基納爾普(Halil Tekinalp)說。

除了Y形噴嘴外，研究人員還開發(fā)了一種獨(dú)特的噴嘴，能夠生成芯/殼結(jié)構(gòu)（一種材料包裹另一種材料）。這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了兩種材料的精確組合，從而在單個(gè)零件中賦予其不同的機(jī)械和/或功能特性。制造商因此可以將復(fù)合材料芯材與增強(qiáng)的層間粘合力相結(jié)合，從而解決分層或?qū)娱g分離的問題，而這曾是聚合物增材制造領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。

可能的應(yīng)用

這項(xiàng)技術(shù)可用于多種應(yīng)用。例如，它可以用于制造航空航天工業(yè)所需的抗沖擊面板或雷達(dá)吸波組件，以及用于國(guó)防用途的堅(jiān)固輕便的掩體或防護(hù)面板。在能源領(lǐng)域，該方法可用于制造防火外殼或輕型模塊化結(jié)構(gòu)，以及用于電池架或熱力發(fā)電系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)。此外，它還可應(yīng)用于土木工程項(xiàng)目，例如加固橋面、制造汽車保險(xiǎn)杠和船體。

“這項(xiàng)創(chuàng)新為制造業(yè)開辟了新的前景，通過動(dòng)態(tài)材料切換，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、高效且富有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)，同時(shí)防止交叉污染，這意味著不同的材料保持純凈，不會(huì)意外混合，”該項(xiàng)目的另一位技術(shù)負(fù)責(zé)人維平·庫(kù)馬爾(Vipin Kumar)表示。

編譯整理：3dnatives