能源部橡樹嶺國家實驗室的研究人員設計了一種新型聚合物來粘合和加強硅砂，用于粘合劑噴射增材制造，這是一種工業(yè)用于原型制作和零件生產的 3D 打印方法。
可印刷聚合物使沙子結構具有復雜的幾何形狀和非凡的強度——并且是水溶性的。
這項發(fā)表在《自然通訊》上的研究展示了一座 3D 打印的沙橋，它長 6.5 厘米，可以承受自身重量的 300 倍，這一壯舉類似于布魯克林大橋上的 12 座帝國大廈。
粘合劑噴射打印工藝比工業(yè)使用的其他 3D 打印方法更便宜、更快，并且可以用各種粉末材料創(chuàng)建 3D 結構，在成本和可擴展性方面具有優(yōu)勢。這個概念源于噴墨打印，但打印頭不是使用墨水，而是噴出液體聚合物來粘合粉狀材料，例如沙子，逐層構建 3D 設計。粘合聚合物賦予印刷砂以強度。
該團隊利用聚合物專業(yè)知識來定制聚乙烯亞胺 (PEI) 粘合劑，與傳統粘合劑相比，該粘合劑將砂部件的強度提高了一倍。
通過粘合劑噴射打印的部件在從打印床上移除時最初是多孔的。它們可以通過使用一種稱為氰基丙烯酸酯的額外超級膠水材料來填充間隙來滲透設計來加強。第二步在第一步的基礎上提供了八倍的強度增加，使聚合物砂復合材料比任何其他和任何已知的建筑材料(包括磚石)更堅固。
“很少有聚合物適合作為這種應用的粘合劑。我們正在尋找特定的特性，例如溶解度，這會給我們帶來最好的結果。我們的主要發(fā)現在于我們的 PEI 粘合劑的獨特分子結構，使其與氰基丙烯酸酯發(fā)生反應，以實現卓越的強度，”該項目的首席研究員、ORNL 的 Tomonori Saito 說。
用傳統粘合劑形成的部件通過滲透材料(例如強力膠)變得更致密，但沒有一個產品達到接近 PEI 粘合劑的性能。PEI 粘合劑令人印象深刻的強度源于聚合物在固化過程中與氰基丙烯酸酯結合的反應方式。
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