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自從概念出現以來，3D打印就一直備受人們關注，隨著技術的不斷發展，3D打印應用的領域越來越多，這也導致了對3D打印產品的要求也越來越高。
為了使3D打印成品的性能達到的預期效果，滿足其應用環境的需求，人們便在打印的過程中嵌入碳等功能性材料來增加終成品的拉伸強度、導電性等特性，增加特性的程度取決于功能性材料的短纖維的方向性。
但此前的打印技術只能采用將碳等功能性材料的短纖維簡單地混入打印介質中，然后與之一起被擠出的方式打印，這樣的方式使得功能性材料會以相對于彼此的隨機雜亂狀態存在，導致其增加性能的效果大大降低。
一直以來，這個問題困擾了很多3D打印廠商。
幸運的是，在剛剛過去的1月5日，馬里蘭大學的工程師們在《Advanced Materials Technologies》雜志的頭版頭條上發表了一篇論文，宣布他們研發了一種新的可以"變形"的3D打印噴嘴，可以很好的解決以這一問題，論文的標題為"MorphingNozzle 3D Printing: A 3D Printed Morphing Nozzle to Control Fiber Orientation during Composite Additive Manufacturing"。
全新可變形的打印噴嘴
為了控制3D打印成品中的纖維排列方向，使打印產品的性能達到的預期效果，馬里蘭大學的助理教授兼實驗室主任Ryan D. Sochol和他的團隊成員們提出了一種可以變形的噴嘴。
Ryan Sochol表示，"當使用變形噴嘴進行3D打印時，動力在于它們的側面制動器，這些制動器可以像氣球一樣充氣，以改變噴嘴的形狀，進而改變纖維的方向。"
為了驗證設想，研究人員將新興的"4D打印"引入了研究當中。
4D打印與3D打印密切相關，指的是3D打印對象可以根據其所處環境(如溫度、濕度等)的改變自發的進行重塑或轉換。
這種特征通常依賴于能夠同時進行 "各向異性"膨脹的材料，即在不同方向上膨脹的程度不同，以及"各向同性"膨脹的材料，即在所有方向上膨脹程度相同，但如果想要從兩種特性之間切換就需要更換不同的打印材料。
在本研究中，研究人員研究了打印部件在浸入水中時如何膨脹，同時嘗試了是否可以通過使用變形噴嘴來改變膨脹行為。后研究人員得出結論，只需在3D打印過程中改變噴嘴的形狀，就可以使單一的打印材料在各向異性和各向同性膨脹之間轉換。
為了構建變形噴嘴本身，研發團隊采用了一種不同的3D打印技術，即PolyJet打印，其技術的成型原理與3DP有點類似，但噴射的不是粘合劑而是樹脂材料。
這種由UMD的Terrapin Works 3D打印中心提供的基于多材料噴墨的方法，使研究人員能夠用柔性材料為充氣側執行器和形狀變化的中央通道進行3D打印他們的噴嘴，而后又用剛性材料作為外殼和端口。
巨大轉折點
據了解，變形噴嘴的變形能力和在膨脹特性方面的均分能力并不僅限于4D打印，還可以用于3D打印來生產許多其他復合材料，例如定制它們的彈性、熱、磁或電性能。
“這款變形打印噴嘴為3D打印技術提供了新的可能性，這也會影響3D打印成品的性能。”Ryan Sochol對此表示。
目前，該團隊正在探索如何利用他們的策略來實現生物醫學應用，在這種應用中，大量印刷品可以在來自身體的特定刺激下重塑形狀，這對于醫學領域是一個重要突破。
由于受限于材料的種類，很多產品無法通過3D打印實現，而如今借助這種可變形的打印噴嘴，我們可以生產出各種原材料，實現很多此前無法定制的產品，這對于3D打印領域是一個巨大的轉折點。
材料的特性可以定制化，將會進一步擴大3D打印技術的運用空間，使得3D打印技術給我們的生產、生活帶來更大的便利。
(原標題：巨大轉折點！全新可變形的噴嘴解決3D打印原材料特性難題)
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