超声波技术开启3D打印纤维增强复合材料的新时代

现今，随着多种材料3D打印机登堂入室，复合材料的打印成为3D打印趋势，然而3D打印技术面临的问题是打印复合材料结构件的性能较差，不适合做为高强度用途的功能部件。

在权衡打印质量、打印分辨率和打印速度，以及材料的性能方面，当前通常的做法是在FDM熔融挤出式技术打印过程中，在热融塑料的进给头上添加增强纤维，然而，由于丝材是并行的，这两种材料的融合仍然难以到微观结构层面的融合。

为了改变这一局面，英国有一帮异想天开的科学家们在基于光敏树脂的3D打印技术层面上，探索复合材料的打印获得了突破性的结果。

为了充分控制复合材料微观结构的分布和方向，英国Bristol大学找到了代替熔融长丝的3D打印复合材料的方法，该方法是基于光敏树脂技术的3D打印技术。

新的复合材料打印技术通过超声波来定位数以百万计的微小增强纤维，形成一个微观的加固框架，超声波的作用与激光束同时作用，通过超声波用来诱导材料的微观结构排列，通过激光束用来固化环氧树脂。

这项突破是基于3D打印液体聚合物的一个灵感，液体中混合着数以百万计的细小纤维和光敏树脂，对于工程师来说，最大的挑战是找到一种方法来处理这些微小的纤维，以使它们能够提供复合材料所提供的优异强度。最后，他们发现，超声波可以用来将纤维排列成可编程的模式。在打印过程中，可以通过切换超声波驻波模式来控制每个纤维的精确定位。

超声波有效地在液态树脂中创建了一个力场，纤维向低压区域对齐，在通过聚焦的激光束固化光敏树脂的过程中，将这些纤维也固化在一起。

该超声波装置是模块化的，可以安装到现成的3D打印设备上，这个过程带来很大的灵活性，可用于创建传统方法不可能实现的打印模式。科学家宣称几乎任何类型，大小或形状的微型纤维都可用于新的系统内，这使得产品设计师在智能材料领域获得更大的探索空间。

该团队的研究论文：“通过超声排序的微观结构3D打印”，发表在《智能材料与结构》杂志上。