一个有希望的补救3D打印的一个主要缺陷

材料挤压(ME) 3D打印是革命性的技术3 d打印技术热塑性塑料的部分。然而，这一过程有一定的缺陷——使用塑料打印的部件，也许是最流行的3D打印材料，由于组成3D部件的各个打印层之间的不完美结合，机械性能较弱。这导致在建造方向的抗拉强度较弱。

尽管已经提出了许多方法来解决这个缺陷，但许多方法都没有达到生产就绪的解决方案。在一个新的研究德克萨斯农工大学的研究人员与Essentium公司的科学家合作，在2月27日的《Nano Letters》杂志上发表报告称，他们已经“开发出了克服这一缺陷所需的技术”。

结合不足

在ME 3D打印技术中，技术上称为熔融沉积建模，熔融塑料从喷嘴中挤出，逐层打印零件。随着打印图层冷却，它们融合在一起，创建最终的3D部分。

然而，之前的研究表明，这些层之间的粘结不充分;当使用ME方法时，最终打印出的零件明显比注射成型的相同零件要弱。注射成型是熔化的塑料在冷却后呈现预先设定的模具形状。

“寻找一种方法来弥补打印层之间的粘接不足一直是3D打印领域的一个持续探索。”阿蒂·麦克费林化学工程系的副教授迈卡·格林说。“我们现在已经开发了一种复杂的技术，可以在打印3D部件的同时支持这些层之间的焊接。”

为了更彻底地加入通过ME技术打印的3D零件的各种界面，需要额外的加热，但使用类似火炉的解决方案加热打印零件有一个主要缺点。“如果你把某样东西放进烤箱，它会把所有东西都加热，所以3d打印出来的部分会扭曲、融化、变形，”格林说。“我们真正需要的是只加热印刷层之间的界面，而不是整个部分。”

德州农工大学和Essentium的研究人员声称，他们已经开发出一种更有效的方法，将相邻的印刷层焊接在一起，从而提高了零件的质量。图像归功于Essentium

利用碳纳米管促进层间键合

团队的解决方案吗?将等离子体科学和碳纳米管技术集成到标准3D打印中，更有效地焊接相邻打印层，提高最终部分的整体可靠性。

由于碳粒子会对电流产生热反应，研究人员在每一印刷层的表面都涂上了碳粒子。与微波加热食物相似，研究小组发现碳纳米管涂层可以通过电流加热，从而使印刷层结合在一起。

要在打印过程中施加电流，电流必须克服打印头和3D部件之间的微小气隙。一种选择是使用金属电极直接接触塑料部分，但是，这有可能造成损害。

相反，该团队与副教授大卫·斯塔克合作，产生了一束带电空气粒子，或称等离子体，可以将电荷带到印刷部分的表面。这种技术使电流能够通过印刷部分，加热纳米管并将层焊在一起。

匹配注塑件的强度

德州农工大学的研究小组和Essentium的研究人员随后将这两种组件——等离子技术和碳纳米管涂层材料——添加到传统的3D打印机中。当研究人员测试3D打印部件的强度时，他们发现它与注射成型部件的强度相当。

“3D打印的圣杯一直是让3D打印部件的强度与模压部件相匹配，”绿色表示。“在这项研究中，我们成功地使用局部加热强化3d打印零件，使其力学性能可以与模压零件相媲美。”