一组研究人员来自斯图加特大学,弗吉尼亚大学,Koc大学伊斯坦布尔，拥有3D打印具有多向刚度梯度的多材料部件。通过结合他们在材料工程和数字处理方面的专业知识，研究人员能够创造出一系列具有不同机械和流变特性的纤维素基长丝，尽管它们的成分相似。然后将这些材料相互结合使用，将特定的变形曲线编程成复杂的零件。
功能梯度材料
功能梯度材料(fgm)具有逐渐变化的成分或结构-这可以是连续的或逐步的。这种逐渐的变化导致了“属性梯度”，即一种或多种特定的属性随着成分或结构的变化而变化。我们一直在自然界中看到女性生殖器切割，在整个生物体中。特定功能细胞或物质类型的浓度和分布将对其所在位置的功能产生强烈影响。
在科学和工程中，fgm在薄膜涂层、生物医学应用和建筑中都很有用。一种特殊类型的fgm，就像本研究所关注的那样，具有不同的刚度梯度。它们通常用于在界面处分布应力，在软执行器中编程变形曲线，并影响细胞迁移速率。然而，fgm的制造确实存在挑战，因为梯度连续性和方向自由很难用当今的技术实现。
江南平江南平台版台版3D打印基于纤维素的女性生殖器官
为了开发一种3D打印具有连续、多向刚度梯度的可调粘弹性材料的新方法，该团队开始工作。江南平台版江南平台版选择羟乙基纤维素(HEC)作为基础材料是由于它的环保性。研究人员添加了柠檬酸，将水溶液变成固体水凝胶，这样它就可以被挤出。他们还发现木质素的加入显著提高了水凝胶的刚度和抗拉强度。木质素和柠檬酸的组合被用作添加剂，以获得一系列的机械性能，并打印出一组样品部件——所有这些部件都具有不同的性能梯度。
然后生成了一个专门用于在每个零件中创建精确刚度轮廓的定制g代码。通过精心控制挤压，团队将梯度信息嵌入到零件的实际设计中。一旦打印出来，由于零件几何形状的刚度变化，样品可能会变形成独特的轮廓。最终，研究人员在每个样品中“编程”了一组所需的变形几何形状。
该研究的更多细节可在题为“具有连续多向刚度梯度的纤维素基材料的增材制造”。它是由p.a. g.s. Giachini, s.s. Gupta, w.a Wang, d.w ood, M. Yunusa, E. Baharlou, M. Sitti和A. Menges共同撰写的。
对3D打印材料的研究正在进行中，特别是与基于挤压的AM一起使用的长丝。江南平台版江南平台版今年早些时候，在斯洛伐克，研究人员开发了一套新的，低成本混合材料FFF。他们用膨胀石墨和碳纤维增强PETG长丝，以增强其机械和热性能，并将其标榜为“极其坚固”。在希腊的其他地方，研究人员已经确定循环利用对ABS力学性能的影响灯丝。
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特征图像显示了由于刚度变化而具有可编程变形的样品。图片来自斯图加特大学。
