天富测速宾州州立大学的研究人员在分子水平上优化了增材制造

时间:2019-12-31 作者:天富代理-天富测速 热度:
 

 
宾夕法尼亚州立大学的研究小组仔细观察了在3D打印过程中,粘合剂喷射溶液将原始材料的打印层粘合在一起的反应。
 
随着增材制造的复杂性和应用的增加,宾州州立大学报告说,天富平台怎么样?其研究人员正在深入到最小的尺度,在分子水平上优化这项技术。最近发表在《物理化学化学物理》杂志上的一篇论文详细介绍了研究人员如何使用原子尺度模拟来检验增材制造方法和材料,以优化它们的性能,最终得到更强大、更有用的3d打印组件。
 
“关于3D打印究竟是如何工作的,还有很多未知之处,”该项目的首席研究员、宾夕法尼亚州立大学机械工程、化学工程、工程科学和力学教授Adri van Duin说。“对于这个项目,我们的理论是,通过观察他们操作的各种分子,你可以学到很多东西。我们深入到最基本的层面,研究物理化学和这些分子相互作用的强度。”
 
具体来说,研究小组仔细观察了在3D打印过程中粘结原始材料打印层的粘合剂喷射溶液中发生的反应。“你想要胶水在纳米颗粒之间的空间组织起来,”van Duin说。“如果分子仍然具有移动的能力,这也很理想。”
 
在本研究中,范Duin和他的团队创建了一个使用ReaxFF计算框架,一个程序建模原子的化学反应,研究铬氧化物纳米颗粒、金属常用的添加剂制造,含水性和粘结剂二甘醇的解决方案,形成强大的通过氢键连接网络。van Duin说:“设计的重点是修改这些成分,研究温度相的影响,以获得最佳的结合强度,同时允许分子一起在表面移动。”
 
当这些分子成功地结合在一起后,固化和烧结所需的3D打印机内的高温基本上会将现在不必要的有机分子煮沸,同时保持金属氧化物在成品中融合。根据为实验设计的计算框架,如果这些温度过高,它会燃烧掉这些关键的键,导致最后一块的分解。然而,van Duin和他的研究小组发现,通过调整粘合剂溶液中二甘醇和水的含量,他们可以加强强氢键的形成,从而使这种混合材料能够承受并在更高的温度下茁壮成长。
 
虽然该实验的结果预测了利用氧化铬颗粒增强3d打印零件的制造能力,但据报道,该研究的真正强度在于计算模型。宾州州立大学报告说,随着这一框架的建立,这些实验可以用于寻找最佳的粘合剂化学、固化和烧结条件,任何潜在的材料都可以用于增材制造。计算成本低,完成时间相对较短,这使研究人员可以研究和建模新的有机分子,看看哪些方法和材料最有前途的增材制造应用。
 
这项研究是宾夕法尼亚州立大学计算与数据科学研究所(ICDS)(前身为网络科学研究所)的一项种子拨款的结果,它展示了增材制造领域内在的跨学科性质。此外,这项研究还汇集了van Duin和宾夕法尼亚州立大学机械工程和工业工程助理教授Guha Manogharan,他们专门从事增材制造。由于他的许多项目都使用了粘结剂喷射解决方案,Manogharan寻求超越传统的制造优化的局限。
 
“这是一个很好的例子互补的支持机构和中心在宾夕法尼亚州立大学的力量我的实验室,实验室的形状(混合加法制造系统),在加法制造,与强大的功能无缝集成?ICDS探索一个未知的但重要的研究领域,“Manogharan说。
 
进一步了解分子如何在进入3D打印机之前进行修改和增强,天富测速网址是研究人员认为大有希望的领域。“通过在纳米尺度上理解这个过程,我们不必重新设计打印机,”van Duin说。“但你可以大大加快优化制造。”
 
该项目的其他合作者包括宾夕法尼亚州立大学机械工程研究生高亚伟、申允庆和丹尼尔·马丁内斯·勒普。
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