由橡树岭国家实验室制作
橡树岭国家实验室开发的一种新型聚合物强化了用于添加剂制造的沙子
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5厘米3D打印沙桥，如图所示，重量是自身的300倍
学分:达斯汀·吉尔默/田纳西大学，诺克斯维尔 美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员设计了一种新型聚合物，用于粘合和强化硅砂，用于粘合剂喷射辅助制造，这是一种3D打印方法，被工业用于原型制作和零件生产
这种可印刷的聚合物使沙子结构具有复杂的几何形状和非凡的强度，并且是水溶性的
发表在《自然通讯》上的这项研究展示了一座3D打印的沙桥，6
5厘米可以承受300倍于自身重量的重量，这一壮举类似于坐落在布鲁克林大桥上的12座帝国大厦
粘合剂喷射印刷工艺比工业上使用的其他3D印刷方法更便宜、更快，并且使得由各种粉末材料制造3D结构成为可能，在成本和可扩展性方面提供了优势
这一概念源于喷墨打印，但打印机头不是使用墨水，而是喷射出一种液体聚合物来粘合粉末材料，如沙子，从而一层一层地构建三维设计
粘合聚合物赋予印刷的沙子强度
该团队利用聚合物专业知识定制了一种聚乙烯亚胺(PEI)粘合剂，与传统粘合剂相比，这种粘合剂使砂部件的强度提高了一倍
通过粘合剂喷射印刷的零件在从印刷床上移开时最初是多孔的
它们可以通过在设计中渗入一种叫做氰基丙烯酸酯的额外的超胶材料来加强，这种材料可以填充缝隙
第二步在第一步的基础上增加了八倍的强度，使聚合物砂复合材料比任何其他和任何已知的建筑材料(包括砖石)都更坚固
很少有聚合物适合作为这种应用的粘合剂
我们在寻找特定的性质，如溶解度，这将给我们最好的结果
我们的关键发现在于PEI粘合剂的独特分子结构，它能与氰基丙烯酸酯发生反应，从而获得非凡的强度，”该项目的首席研究员、ORNL的Tomonori Saito说
用传统粘合剂形成的零件用渗透材料(如强力胶)制成密度更大的零件，但没有一个达到PEI粘合剂的性能
PEI粘合剂令人印象深刻的强度源于聚合物在固化过程中与氰基丙烯酸酯反应的方式
橡树岭国家实验室科学家斋藤友纪在ORNL的美国能源部制造示范设施展示了一个3D打印的沙堡
功劳:橡树岭国家实验室科学家斋藤友纪在ORNL的能源部制造示范设施展示了一个3D打印的沙堡
超强度砂的一个潜在应用是先进的复合材料制造工具
硅砂是一种廉价易得的材料，在汽车和航空领域用于制造复合材料部件越来越受到关注
轻质材料，如碳纤维或玻璃纤维，包裹在3D打印的砂芯或“工具”周围，并通过加热固化
石英砂对工具很有吸引力，因为它在加热时不会改变尺寸，并且在可清洗工具中具有独特的优势
在复合材料应用中，使用水溶性粘合剂来形成砂工具是重要的，因为它能够用自来水进行简单的冲洗步骤来去除砂，留下中空的复合材料形式
“为了确保工具零件的精度，您需要一种在加工过程中不会改变形状的材料，这就是为什么硅砂一直很有前途
面临的挑战是克服沙地部分的结构弱点，”田纳西大学布雷德森中心的学生、该研究的主要作者达斯汀·吉尔默说
目前的砂型铸造模具和型芯的工业用途有限，因为商业方法，如冲洗工具，施加的热量和压力会导致砂型零件在第一次尝试时破裂或失效
需要更坚固的砂型零件来支持大规模制造，并实现快速零件生产
吉尔默说:“我们的高强度聚合物砂复合材料提高了可以用粘合剂喷射方法制造的零件的复杂性，实现了更复杂的几何形状，并拓宽了制造、工具和建筑的应用。”
这款新颖的活页夹获得了2019年R&D 100奖，并获得了行业合作伙伴ExOne的研究许可
该期刊文章以“聚乙烯亚胺粘合剂实现的强硅砂结构的添加剂制造”发表
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