據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)能源部（Department of Energy）橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型擠出系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的噴嘴將多個(gè)3D打印擠出機(jī)組合成單一的高輸出流。該系統(tǒng)的速度可媲美大型擠出機(jī)，同時(shí)還具備更高的靈活性、精度和多材料打印能力。

圖片來(lái)源：橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

大型擠出機(jī)重量較大，因此需要更堅(jiān)固、更昂貴的龍門(mén)架或機(jī)器人來(lái)搬運(yùn)和移動(dòng)。隨著擠出量的增加，在低擠出量的應(yīng)用場(chǎng)景中精度會(huì)下降，從而導(dǎo)致擠出流量不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定性給小型零件和大型錐形設(shè)計(jì)的打印都構(gòu)成了挑戰(zhàn)，需要降低打印速度以避免熱量積聚，從而防止翹曲和打印失敗。

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的這種靈活解決方案允許用戶在不影響打印質(zhì)量的前提下，添加或停用較小的擠出機(jī)。更重要的是，該方案支持在單個(gè)擠出頭內(nèi)同時(shí)打印多種材料，無(wú)需更換設(shè)備。

多行業(yè)應(yīng)用潛力

憑借其快速、精準(zhǔn)打印多種材料的能力，這款擠出系統(tǒng)能夠制造出兼具強(qiáng)度、柔韌性和其他獨(dú)特特性的單一部件。這種多功能性使其在眾多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，它可用于制造防撞面板或雷達(dá)吸波部件。

在能源領(lǐng)域，該系統(tǒng)可以生產(chǎn)阻燃外殼、輕型模塊化外殼、電池架或熱能系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，這對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化至關(guān)重要。國(guó)防領(lǐng)域可以利用它建造堅(jiān)固輕便的掩體或防護(hù)板，而民用領(lǐng)域則涵蓋加固橋面、汽車(chē)保險(xiǎn)杠和船體——所有這些都可以在一次連續(xù)打印中完成。

創(chuàng)新的噴嘴設(shè)計(jì)與材料整合

該解決方案的關(guān)鍵在于正在申請(qǐng)專利的噴嘴塊——采用鋁青銅制成，兼具強(qiáng)度和導(dǎo)熱性——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合并在一起。這種設(shè)計(jì)使系統(tǒng)能夠處理多種不同規(guī)格的大批量顆粒原料，并可實(shí)現(xiàn)擠出流量的穩(wěn)定翻倍，且有望進(jìn)一步提升至三倍、四倍甚至更高。通過(guò)采用Y型噴嘴，多路復(fù)用系統(tǒng)不僅簡(jiǎn)化了擠出過(guò)程，還顯著降低了材料的孔隙率。

圖片來(lái)源：橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

除了Y型噴嘴外，研究人員還設(shè)計(jì)了一種專有噴嘴，能夠生成芯-鞘結(jié)構(gòu)擠出頭——使其中一種材料包裹著另一種材料——從而極大地增強(qiáng)了多材料增材制造的靈活性。這項(xiàng)技術(shù)使得兩種具有不同機(jī)械和/或功能特性的材料精確地融合在單個(gè)擠出頭中。

憑借這些技術(shù)進(jìn)步，制造商就可以得到層間粘合力增強(qiáng)的復(fù)合芯材，從而解決分層或?qū)娱g分離的問(wèn)題，而分層或?qū)娱g分離一直是聚合物增材制造的主要障礙。