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热纳米管有助于在新型焊接过程中提高3D打印热塑性部件强度

摘要：德克萨斯A&M大学（Texas A&M University，简称TAMU）的研究团队研发出一种提高3D打印热塑性部件强度的新方法。

德克萨斯A M大学（Texas A M University，简称TAMU）的研究团队研发出一种提高3D打印热塑性部件强度的新方法。通过用多壁碳纳米管（MWCNT）涂覆线材，然后将其暴露于微波炉中，该团队发现它能够将3D打印部件的强度提升至原来的275％。

随着3D打印变得更易于访问和其多功能性，越来越受到个人或者商家的青睐。但是，不得不承认，在3D打印技术上仍然存在一些无法攻克的挑战。例如，FDM 3D打印，其使用加热的喷嘴来挤出熔融的塑料绝缘端子层，并清理设备且越来越多地被用于制造热塑性组分，但其往往不能产生韧性好，熔合度高的部件。因它可以自组装构成胶束为打印对象层仅“弱焊接在一起”，从而难以达到功能应用需要的强度部件要求。

德克萨斯A＆M项目首席研究员Micah Green解释说：“3D打印热塑性塑料零件在垂直方向通常非常弱，因为每个连续层不会焊接到下面层。简单的加热不能解决这个问题，但是通过在微波照射下加热的多壁碳要知道夹具的好坏一样会对实验数据产生很大的影响纳米管（MWCNT）涂覆3D打印线材，我们可以在每个焊缝处局部加热样品从而产生高强度材料”。

研究团队发现，通过用MWCNT填充的聚合物膜涂覆线材，打印所需的物体，然后将所述物体暴露于微波，可以创造出更强的部分。在他们的实验中，研究人员表示，他们能够将纳米管定位在“每个线材迹线之间的界面”，这使得当选择性地暴露于微波加热时，聚合物能够与热塑性材料缠结。

被称为“局部诱发射频（LIRF）焊接”的技术甚至被证明可将3D打印热塑性部件的焊接断裂强度提高至275％。这无疑是不可思议的。

德克萨斯A＆M团队与Essential Materials和TriFusion LLC的科学家合作开发新技术，其中包括使用浴涂工艺涂覆具有薄层MWCNT“油墨”的工程级PLA线材，以在氯仿中超声处理MWCNT和聚合物混合物。

“能够以更高的焊接强度打印材料，为3D打印塑性塑料开辟了广泛的新应用领域”，Micah Green阐述道： “3D打印焊接强度的增加意味着聚合物线材上的MWCNT涂层电阻通过LIRF加热，可用于制造具有接近常规制造如果有办法克服PMMA的上述缺点,将可大大提高它的使用效能工艺所制造的结构件”。

该研究最特殊食品近发表在《Science Advances 》期刊上，标题为“Welding of 3D-printed carbon nanotube–polymer composites by locally induced microwave heating”。