弗吉尼亞理工大學(xué)的兩個研究小組開發(fā)了一種3D打印Kapton的方法。大多數(shù)人都會從衛(wèi)星上的黃色膠片中了解Kapton,這些膠片經(jīng)常被誤認(rèn)為是金箔,但熟悉3D打印的人也會知道Kapton是FDM 3D打印機床上使用的襯墊。 Kapton用于太空和3D打印機的原因是它在-269到400°C的寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。由于其低釋氣率和低溫下的高導(dǎo)熱性,它在真空環(huán)境中形成了良好的熱和電絕緣體。
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Kapton存在于許多電子產(chǎn)品中,從電視到智能手機,也是柔性印刷電路和熱毯的理想選擇。但是像卡普頓一樣有用,它同樣難以制造,至少在任何不是薄膜的格式中都是如此。令人驚嘆的熱性能來自全芳烴分子結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)到目前為止只能用片材生產(chǎn)。該新工藝涉及在含有可光交聯(lián)的丙烯酸酯基團的可溶性前體聚合物上使用掩模 - 投影立體光刻(SLA),其使得光誘導(dǎo)的化學(xué)交聯(lián)能夠進行空間控制。然后對3D打印品進行熱處理,以將交聯(lián)的前體聚合物轉(zhuǎn)化為Kapton。
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Timothy Long教授是弗吉尼亞理工大學(xué)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)研究所的化學(xué)系和大分子創(chuàng)新研究所(MII)主任,他是博士后研究員Maruti Hegde的領(lǐng)導(dǎo)之一,即該研究的研究助理。他們和他們的研究生團隊一起開發(fā)了第一個聚合物合成設(shè)計,使聚酰亞胺可以進行3D打印。 “我們選擇了一種相當(dāng)普遍的高溫和高強度聚合物,因為我們希望能夠?qū)ΜF(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生快速影響,”Long說。
為了完善3D打印流程,該項目隨后轉(zhuǎn)移到了Christopher Williams實驗室的博士生Viswanath Meenakshisundaram和Nicholas Chartrain手中,他是機械工程系副教授,設(shè)計、研究和教育領(lǐng)導(dǎo)者。威廉姆斯解釋說,“現(xiàn)在我們可以3D打印這些材料,我們可以開始設(shè)計并將它們打印成更復(fù)雜的3D形狀,這使我們能夠在更廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)利用它們的優(yōu)異性能。”他們能夠產(chǎn)生一個非常小的棋子和格子結(jié)構(gòu),展示了可能的設(shè)計的復(fù)雜性。
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關(guān)于材料在降溫1,020°F之前的耐熱天花板,威廉姆斯評論說“我們現(xiàn)在能夠打印最高溫度的聚合物 - 撓曲溫度比任何其他現(xiàn)有的可打印聚合物高約285°F。此外,我們的3D打印材料與傳統(tǒng)加工的薄膜Kapton材料具有相同的強度。“
經(jīng)過一年的材料在極熱和極冷下的性能測試,他們的工作報告發(fā)表在Advanced Materials Journal上。正如威廉姆斯所指出的那樣,這一突破將有助于創(chuàng)造更多定制解決方案,“我們可以想象這被用于打印衛(wèi)星結(jié)構(gòu),用作高溫過濾器或高溫流動噴嘴。”
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