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研究人员用3D打印技术开发新型缓冲材料
童程童美 2016-11-21
缓冲材料或填充材料在包装和运输行业中使用相当广泛,经常被用在包装中缓解冲击和振动、抵抗压力,保持相对定位等,可以说无所不在。
摘要缓冲材料或填充材料在包装和运输行业中使用相当广泛,经常被用在包装中缓解冲击和振动、抵抗压力,保持相对定位等,可以说无所不在。
目前缓冲材料和填充材料主要由凝胶或泡沫两种材料制成,但是这两种方法都有其缺点。凝胶的缓冲能力比较高,但其性能受温度的影响比较大,而且它们相对较重。与此相反,泡沫重量更轻,具有更高的可压缩性,但其性能变化不可预知,因为人们完全不能控制其形状、大小、或内部气泡的位置。
日前,美国Lawrence Livermore 国家实验室(LLNL)的工程师和科学家共同合作,试图开发出一种制造缓冲材料的全新方式。 他们的方法是在微观尺度制造出一种材料,该材料具有一些可编程特性,可以通过一系列操作生成具有期望特征的结构。
这种新材料使用的是一种被称为直接墨水书写(direct ink writing)的3D打印技术制造的,该技术主要使用以硅胶为基础的油墨,该油墨固化后能形成类似橡胶的材料。使用这种技术,LLNL的工程师能够制造出具有受控的复杂结构的的材料,科学家们称之为蜂窝弹性体。 这些有序多孔的材料能够提升对材料的机械性能和定向属性的控制,并增加了可预测建模能力。
LLNL的研究人员们目前能够用两种不同的方法制造这种缓冲材料:堆叠串联配置(stacked inline configuration)或交错配置(staggered configuration)。据天 工社了解,这两种方法是用的材料是完全一样的,甚至孔隙率水平也一样,但它们对剪切和压缩应力的反应非常不同。堆叠串联配置的材料在压力增大时表现得屈曲失稳,但在正常压缩时其结构则更为刚性,而交错配置的材料则是在正常压缩时更柔软,提高压力时会弯曲变形。
目前,LLNL已经为该技术申请了专利。他们正在设计相应的生产设施,希望能使其进入商业化生产。此外,研究人员希望能够继续完善和改进该产品,并挖掘其其它的性能特性,以使其应用范围更加广泛。