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磁辅助多材料3D打印各向异性粒子磁操纵的应用

来源:杰呈3D打印 发布时间:2025-10-24 14:30:43 浏览次数:0
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各向异性粒子的磁操纵也可在墨水直写成型平台中实施,该方法将粒子定向控制与多材料功能相结合,使复杂的3D复合结构的制造成为可能。这种被称为磁辅助的多材料3D打印技术,兼具基于挤压打印的灵活性和基于颗粒的磁定向组装的微结构控制优势。

在磁辅助的多材料3D打印中,通过在不同的注射器中装入包含不同单体组成和颗粒浓度的墨水,即可打印多种材料。如果在挤出喷嘴之前使用混合单元,还能实现成分上的连续梯度。将超顺磁性颗粒引入墨水,并为常规的墨水直写成型打印机配备磁铁或一组电磁线圈,便可实现磁控制。

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使用磁辅助的多材料3D打印时,通常需要使用两组墨水来打印三维对象:一组是包含超顺磁性颗粒的低粘度“纹理墨水”,用于实现局部方向控制;另一组是加载具有流变改性剂和粘合剂的“成形墨水”,以确保打印材料在沉积后保持其形状。具有牛顿流变行为且粘度低于0.2Pa·s的纹理化墨水,可在大约1分钟的时间范围内,使用40mT的低磁场使颗粒对齐。颗粒的超高磁响应是该技术的关键,因为它可以使用小型紧凑的磁体进行方向控制,这些磁体可轻松连接到标准3D打印机上。

通过配制具有非牛顿特性的墨水,可确保形状保持性,该墨水显示出足够高的屈服应力,以防止沉积长丝发生几何变形。局部形状变形通常是由沿打印材料弯曲表面的毛细应力驱动的,这种毛细应力(σ)与界面张力γ和表面曲率κ成线性比例,即σ = γκ。通过使毛细应力和屈服应力相等,可以估算出已知表面张力的墨水产生无畸变曲率所需的最小屈服应力,并根据估算结果调整墨水的屈服应力。调整墨水屈服应力的简便方法是添加二氧化硅作为流变改性剂,在墨水系统中,当二氧化硅浓度为8wt%时,会产生160Pa的屈服应力,从而可以沉积曲率半径(1/κ)接近100μm的无变形细丝。


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