高熔点聚合物的声学3D打印技术

《IEEE Open Journal of Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control》：Acoustic 3D Printing of High-Melting-Point Polymers

　　

摘要：

声学3D打印技术A3P利用聚焦的声能来局部熔化或固化材料，但由于目前所使用的材料较为有限，该技术的应用一直受到制约。我们此前通过将聚己内酯粉末与水（耦合液）混合，排出其中的空气以使超声波能够穿透，从而实现了首例热塑性材料的A3P打印。在此，我们展示了高熔点热塑性材料——聚乳酸（PLA）和热塑性聚氨酯（TPU）的A3P打印技术。为此，我们采用了由扁平PZT圆盘与聚焦铝透镜组合而成的换能器，这样可以更有效地散热并提升声能输出，替代了之前的碗状聚焦元件。用高沸点的极性耦合液，如丙二醇（PG）、聚乙二醇400（PEG-400）和甘油，替换水后，该技术可在至少150°C的温度下运行。PEG-400能打印出最坚硬的PLA制品，且打印速度最快，而PG则与TPU的相容性最佳。我们还利用A3P技术打印出了首个具有实用功能的制品——TPU扎带。这些成果将A3P可应用的材料范围扩展到了广泛使用的3D打印聚合物，使得这项技术更接近于得到大规模应用。