Nu, du kan 3-D printe ler, småkagedej – eller fast raketbrændstof

Det er nu muligt at 3D-udskrive ekstremt viskose materialer, med konsistensen af ​​ler eller småkagedej med fin præcision, takket være arbejde udført på Purdue University. Denne udvikling kan snart tillade skabelsen af ​​skræddersyet keramik, faste raketter, lægemidler, biomedicinske implantater, fødevarer, og mere.

"Det er meget spændende, at vi kan trykke materialer med konsistenser, som ingen har kunnet trykke." siger Emre Gunduz, adjunkt forsker ved Skolen for Maskinteknik. "Vi kan 3D udskrive forskellige teksturer af mad; biomedicinske implantater, som tandkroner lavet af keramik, kan tilpasses. Apoteker kan 3-D-printe personlige lægemidler, så en person skal kun tage en pille, i stedet for 10."

Ved at anvende ultralydsvibrationer med høj amplitude på dysen på selve 3D-printeren, Purdue-teamet var i stand til at løse et problem, som har forvirret producenterne i årevis.

De fleste foreslåede løsninger på dette problem involverer at ændre sammensætningen af ​​selve materialerne, men Purdue -holdet tog en helt anden tilgang.

"Vi fandt ud af, at ved at vibrere dysen på en meget specifik måde, vi kan reducere friktionen på dysevæggene, og materialet slanger sig bare igennem, " siger Gunduz.

Purdue-teamet har været i stand til at udskrive emner med 100 mikron præcision, hvilket er bedre end de fleste 3D-printere på forbrugerniveau, samtidig med at høje printhastigheder opretholdes.

"Den mest almindelige form for 3D-print er termoplastisk ekstrudering, " siger Gunduz. "Det er normalt godt nok til prototyper, men for faktisk fremstilling, du skal bruge materialer med høj styrke, som keramik eller metalkompositter med en stor andel af faste partikler. Forstadierne til disse materialer er ekstremt tyktflydende, og normale 3-D printere kan ikke deponere dem, fordi de ikke kan skubbes gennem en lille dyse. "

Det er svært at visualisere 3-D printprocessen, fordi de anvendte materialer er uigennemsigtige og overfladerne er skjult inde i dysen. Så holdet rejste til Argonne National Laboratory, uden for Chicago, at udføre højhastighedsmikroskopisk røntgenbilleder. De var i stand til at se inde i dysen og præcist måle strømmen af ​​det lerlignende materiale for første gang.

"Resultaterne var virkelig slående, " siger Gunduz. "Ingen har nogensinde karakteriseret en viskøs strømning gennem en kanal på denne måde. Vi var i stand til at kvantificere flowet, og forstå, hvordan vores metode rent faktisk fungerede."

Undersøgelsen udføres på Purdues Zucrow Labs, det største akademiske fremdriftslaboratorium i verden. Som sådan, den første praktiske anvendelse, der undersøges, er for fast raketbrændstof.

"Fast drivmidler starter meget tyktflydende, som konsistensen af ​​kagedej, " siger Monique McClain, en ph.d. kandidat i Purdue's School of Aeronautics and Astronautics. "Det er meget svært at udskrive, fordi det hærder over tid, og den er også meget følsom over for temperatur. Men med denne metode, vi var faktisk i stand til at udskrive tråde af fast drivmiddel, der brændte sammenligneligt med traditionelt støbte metoder. "

McClain testede forbrændingen ved at printe to centimeters prøver, antænder dem i en højtryksbeholder (op til 1, 000 pund per kvadrattomme) og analysere slowmotion-video af forbrændingen.

For fast raketbrændstof, 3-D-print giver mulighed for at tilpasse geometrien af ​​en raket og ændre dens forbrænding. "Vi ønsker måske at få visse dele til at brænde hurtigere eller langsommere, eller noget, der brænder hurtigere i midten end ydersiden, McClain siger. "Vi kan skabe dette meget mere præcist med denne 3-D printmetode."