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降低纳米纤维网成本 MIT研发新型3D打印喷嘴

2017-11-06 17:15:13 | 来源:智能制造网 | 编辑:张梦菲
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  日前,麻省理工学院的科学家开发了一种用于生产纳米纤维网格的3D打印喷嘴装置。这可能会使纳米纤维网格制作更简单、更便宜、更准确。研究人员计划继续研究,表明3D打印可用于制造由更具弹性的3D打印材料制成的静电纺丝源。

  近日,麻省理工学院的研究人员开发了一种用于生产纳米纤维网格的3D打印喷嘴装置。使用DLP 3D打印机制造的设备与其MIT制造的前身的速度和功率相匹配,但以更低的成本生产更均匀的纤维直径。

  纳米纤维网的创建被证明在从水过滤到组织工程到太阳能的广泛应用中是有益的。但是,通常很难获得制造网格所需的条件:传统上需要一个空气净化的空间用于精确的网格制作,这使得该过程对于许多研究目的来说是不切实际的,甚至是不可能的。

  麻省理工学院研究人员开发的一种新的3D打印设备,可能会使纳米纤维网格制作更简单、更便宜、更准确。

  微型微流体装置由一组小型喷嘴组成,含有聚合物颗粒的流体混合物可通过该喷嘴排出。喷嘴被布置成两排,彼此稍微偏移,这使得能够制造对准的纳米纤维。

  这种排列的纳米纤维对于组织支架特别有用,但也可以调节该装置以适应未对准的纳米纤维,这实际上可以显著地加速该过程。

  参与研究的麻省理工学院研究人员坚信,像这种简单的3D打印喷嘴系统设备可以彻底解决纳米纤维创建难题。

  麻省理工学院微系统技术实验室的主要研究科学家、研究小组的新研究论文的资深作者Luis FernandoVelásquez-García说:“我个人认为,在未来几年内,没有人会在洁净室内做微流体。这是因为没有理由这样做:3D打印是一种可以做得更好的技术。”

  3D打印的一大优点是,通过3D打印新的微流体装置,麻省理工学院的研究人员能够快速测试和修改新的设计。

  3D打印喷嘴设备的开发过程大约需要一年时间,在此期间,团队3D打印了大约70次迭代。对于未打印的微制造设备,可能需要大约两年时间才能完全测试两个或三个设计。

  Velásquez-García补充说,3D打印提供了“更好的材料选择,有可能真正实现您想要的结构”,而且比使用干净的“非常昂贵”的过程更具成本效益。

  麻省理工学院研究人员使用Reify 3D制作的3,500美元(大概包括投影机成本)的Solus DLP 3D打印机来制造他们的设备。

  诸如太阳能电池的设备可以受益于纳米纤维,因为它们的表面积与体积的比例高。因此,只有在非常小的尺度才能渗透的材料,如水过滤器等等,可以轻量化和坚固的材料,如身体护甲。

  然而,为了充分利用这些应用中的任何一种,制造的纳米纤维需要具有一致的直径,新的3D打印设备确保在这方面非常出色。

  Velásquez-García解释说:“如果你的直径有很大的差距,那意味着只有百分之几的人真的在工作。示例:您有一个过滤器,过滤器具有介于50纳米和1微米之间的孔。这真的是一个1微米的过滤器。3D打印设备在调节纳米纤维的直径方面非常好,因为其发射体-聚合物混合物通过其进入成为纳米纤维的管状部分是“内部进料的”。发射器具有穿过它们的孔,并且通过液压填充有液体。一旦完全充满,电场会将流体混合物作为微小纤维拉出。”

  在以前的设计中,在发射体完全充满之前,纤维有时会被拉出,因为“外部进料”系统没有那么有效。

  新设计还采用卷绕式锥形通道,这是保持直径一致的关键。

  值得一提的是,研究人员计划继续研究,表明3D打印可用于制造由更具弹性的3D打印材料(如陶瓷)制成的静电纺丝源。他们补充说,发射器可以包括更复杂的几何形状,甚至表明可以实现多材料纺丝,以创建具有多种所需特性的智能材料。

  据了解,研究员Veltosquez-García和博士后ErikaGarcía-López和Daniel Olvera-Trejo撰写了标题为“用于大规模生产具有小直径扩散的对齐纳米纤维垫的3D打印多重电纺丝源”的研究论文,并已经在纳米技术上发表。

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