聚合物发现赋予 3D 打印砂超强强度

能源部橡树岭国家实验室的研究人员设计了一种新型聚合物来粘合和加强硅砂，用于粘合剂喷射增材制造，这是一种工业用于原型制作和零件生产的 3D 打印方法。

可印刷聚合物使沙子结构具有复杂的几何形状和非凡的强度——并且是水溶性的。

这项发表在《自然通讯》上的研究展示了一座 3D 打印的沙桥，它长 6.5 厘米，可以承受自身重量的 300 倍，这一壮举类似于布鲁克林大桥上的 12 座帝国大厦。

粘合剂喷射打印工艺比工业使用的其他 3D 打印方法更便宜、更快，并且可以用各种粉末材料创建 3D 结构，在成本和可扩展性方面具有优势。这个概念源于喷墨打印，但打印头不是使用墨水，而是喷出液体聚合物来粘合粉状材料，例如沙子，逐层构建 3D 设计。粘合聚合物赋予印刷砂以强度。

该团队利用聚合物专业知识来定制聚乙烯亚胺 (PEI) 粘合剂，与传统粘合剂相比，该粘合剂将砂部件的强度提高了一倍。

通过粘合剂喷射打印的部件在从打印床上移除时最初是多孔的。它们可以通过使用一种称为氰基丙烯酸酯的额外超级胶水材料来填充间隙来渗透设计来加强。第二步在第一步的基础上提供了八倍的强度增加，使聚合物砂复合材料比任何其他和任何已知的建筑材料(包括砖石)更坚固。

“很少有聚合物适合作为这种应用的粘合剂。我们正在寻找特定的特性，例如溶解度，这会给我们带来最好的结果。我们的主要发现在于我们的 PEI 粘合剂的独特分子结构，使其与氰基丙烯酸酯发生反应，以实现卓越的强度，”该项目的首席研究员、ORNL 的 Tomonori Saito 说。

用传统粘合剂形成的部件通过渗透材料(例如强力胶)变得更致密，但没有一个产品达到接近 PEI 粘合剂的性能。PEI 粘合剂令人印象深刻的强度源于聚合物在固化过程中与氰基丙烯酸酯结合的反应方式。

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