您现在的位置是:首页 >专题 > 2019-12-18 10:49:24

研究人员在分子水平上优化增材制造

随着增材制造的复杂性和应用的增加,宾州州立大学的研究人员正在挖掘最小的规模以在分子水平上优化该技术。

该项目的首席研究员,宾夕法尼亚州立大学机械工程,化学工程,工程科学与力学教授阿德里·范·杜因(Adri van Duin)表示:“关于3D打印实际上是如何工作的,还有很多未知数。” “对于这个项目,我们认为您可以通过观察他们正在使用的各种分子来学到很多东西。”

发表在甲纸物理化学化学物理期刊详细研究人员如何检查添加剂 制造使用原子论规模模拟,以优化其性能为最终更强和更有益的3-d印刷部件的方法和材料。

范·杜因说:“我们下降到最基本的水平,着眼于物理化学和这些分子相互作用的强度。”

具体来说,他的团队仔细检查了用于3-D打印的粘合剂喷射溶液中发生的反应,该溶液本质上充当将主要材料的打印层粘合在一起的胶水。

范·杜因说:“您希望胶水在纳米颗粒之间的空间内组织起来。” “如果分子仍然具有移动的能力,那也是理想的。”

为了进行这项研究,van Duin和他的团队使用ReaxFF(一种用于模拟原子化学反应的程序)创建了一个计算框架,以研究氧化铬纳米颗粒,增材制造中常用的金属和含有水基二甘醇的粘合剂通过氢键网络形成牢固连接的解决方案。

范·杜因说:“设计重点是修改这些成分,并检查温度相的影响,以获得最佳的结合强度,同时还允许分子一起在表面上移动。”

这些分子成功结合在一起后,固化和烧结所需的3-D打印机内的高温基本上将不需要的有机分子沸腾了,同时保持了金属氧化物在最终工件中的融合。根据为实验设计的计算框架,如果这些温度过高,则可以烧掉这些关键的键并导致最终部件的分解。

但是,van Duin和研究人员小组发现,通过调节粘合剂溶液中存在的二甘醇和水的量,可以增强强氢键的出现,从而使混合后的材料能够在更高的温度下经受住并壮成长。

虽然该实验的结果已经预测了使用氧化铬颗粒增强3D打印零件创建的能力,但这项研究的真正优势在于计算模型。通过创建此框架,可以部署这些实验以找到可用于增材制造的任何潜在材料的最佳粘结剂化学,固化和烧结条件。

范·杜因说:“一旦您了解了如何形成牢固的结合,我们便可以将其应用于任何我们想要的东西。” “如果我们想用肽尝试这一点,我们可以模拟它。”

计算成本低廉,并且可以在相对较短的时间内完成,这使研究人员能够研究和建模新的有机分子,从而了解哪些方法和材料最适合增材制造应用。

这项研究是宾夕法尼亚州立大学计算与数据科学研究所(ICDS)的种子基金的结果,该研究所以前是计算机科学学院,它证明了增材制造领域的内在跨学科性质。

此外,这项研究还召集了宾夕法尼亚州立大学机械工程和工业工程学助理教授van Duin和Guha Manogharan,他们专门研究增材制造。由于他的许多项目都广泛使用粘合剂喷射解决方案,因此Manogharan寻求超越传统的制造优化范围。

“这是宾州州立大学互补研究所和中心支持的一个很好的例子,在这里,我的实验室SHAPE实验室(混合增材制造系统)在增材制造中的实力与ICDS的强大功能无缝集成,以探索未知但至关重要的研究领域,” Manogharan说。

研究人员认为,在分子进入3D打印机之前如何对其进行修饰和增强方面,这提供了进一步的了解。

van Duin说:“通过了解纳米级工艺,我们不必重新设计打印机。” “但是您可以极大地加快制造的优化。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

相关文章