普渡大学研究员开发出3D打印粘土、饼干面团、固体火箭燃料的新工艺

　　近日，普渡大学Zucrow实验室的研究人员（世界上最大的学术推进实验室）开发出了一种新的工艺，可以3D打印极其粘稠的材料，如粘土或饼干面团。这种发展可能很快就会允许创建定制的陶瓷、固体火箭、制药、生物医学植入物、食品等等。

　　“我们可以打印出无人能够打印的材料，这是非常令人兴奋的。”机械工程学院助理研究教授Emre Gunduz说。“我们可以3D打印不同质地的食物；可以定制生物医学植入物，如陶瓷制成的牙冠，药房可以3D打印个性化药物，所以一个人只需要服用一粒药片即可，而不是10片。”

　　以前，制造商会改变材料的组成来制作可打印的粘性材料，但普渡大学的团队采用了完全不同的方法。

　　“3D打印最常见的形式是热塑性挤出，”Gunduz说。“对于原型来说，这通常是足够好的，但对于实际制造来说，您需要使用高强度材料，如陶瓷或含有大量固体颗粒的金属复合材料。这些材料的前体非常粘稠，而普通的3D打印机不能打印，因为它们不能通过小喷嘴推动。“

　　“我们发现，通过非常特殊的方式振动喷嘴，我们可以减少喷嘴壁上的摩擦力，并且材料很容易通过，”Gunduz说。

　　普渡大学的团队能够打印100微米精度的产品，并且仍然保持高打印率。

　　为了可视化3D打印过程，团队前往芝加哥郊外的阿贡国家实验室进行高速微观X射线成像。他们能够看到喷嘴内部，并第一次精确测量粘土状物质的流动。

　　“结果非常惊人，”Gunduz说。 “从来没有人用这种方式来描述通过通道的粘性流动，我们能够量化流量，并理解我们的方法实际上是如何工作的。”

　　这个新工艺的第一个实际应用是固体火箭燃料的打印。

　　“固体推进剂开始非常粘稠，就像饼干面团的稠度一样，”普渡大学航空航天学院候选人Monique McClain博士说。“打印非常困难，因为它可以随着时间的推移而固化，而且对温度也非常敏感，但是通过这种方法，我们实际上可以打印固体推进剂，与传统浇注方法相比，它们的燃烧性能相当。”

　　McClain通过打印两厘米样品，在高压容器（高达1,000磅/平方英寸）中点燃它们并通过慢动作视频来测试燃烧。

　　对于固体火箭燃料，3D打印提供了定制火箭几何形状并改变其燃烧的机会。McClain说：“我们可能希望某些部分的燃烧速度更快或更慢，或者中心燃烧速度比外部快。我们可以使用这种3D打印方法更精确地制作出来。”