增材制造最新研究进展,水下混凝土与可回收墨水创新
2026-02-24 14:11
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增材制造(3D打印)技术正持续快速发展,从原型设计向生产应用迈进,同时在新材料、创新应用和平台方面不断突破。全球多所高校近期发布了多项研究成果,涵盖水下混凝土打印、软体机器人制造、可回收墨水开发以及硬质材料加工等领域,展示了3D打印技术的广阔前景。

康奈尔大学的研究团队正在探索水下3D打印混凝土技术。土木与环境工程助理教授Sriramya Nair表示:“我们希望在不造成干扰的情况下进行建设。如果使用远程操作的水下车辆,可以最小化干扰,提供更智能的建造方式。”该团队采用基于ABB IRB 6650S机器人的挤出系统,调整混凝土混合物以应对水暴露,成功实现水下打印。挑战在于找到合适的外加剂,防止水泥颗粒冲刷并保持可挤出性。美国国防高级研究计划局(DARPA)要求混凝土主要使用海底沉积物,以减少运输水泥的后勤困难。今年三月,该团队将参与DARPA挑战,在水下打印混凝土拱门,相关研究发表于2025年11月的《水泥与混凝土复合材料》。

哈佛大学的工程师开发了一种新方法,用于3D打印具有嵌入式气动系统的软体机器人。该方法基于旋转多材料3D打印技术,创建聚氨酯长丝,内部通道由泊洛沙姆制成。通过控制喷嘴设计、旋转速度和流速,工程师可编程通道方向、形状和大小。研究生Jackson Wilt解释:“在这项工作中,我们没有模具。我们打印结构,快速编程,并且能够快速定制驱动。”外壳固化后洗去泊洛沙姆,留下空心通道用于气动驱动,潜在应用包括手术机器人和辅助设备,研究发表在《先进材料》杂志。

亥姆霍兹-赫里昂研究所的团队开发了一种基于木质素的可回收墨水,用于直接墨水书写(DIW)。主要作者Maria Balk指出:“我们想证明像木质素这样的废料衍生材料可以满足现代3D打印的技术需求,同时提高可持续性。我们将工业废料转化为水基墨水,只需加水即可完全回收。”该墨水含约70%木质素,表现出良好流动性和强度。Balk补充:“打印物体可通过再水化多次回收而不损失性能,这为增材制造中的循环制造提供路径,减少废物和二氧化碳排放。”研究发表于《ACS可持续化学与工程》。

广岛大学与三菱材料硬质合金合作,采用热丝激光照射方法进行金属增材制造,创建碳化钨-钴硬质合金样品。通讯作者Keita Marumoto说:“硬质合金由昂贵原材料制成,减少材料使用非常理想。通过增材制造,硬质合金可仅沉积在需要地方,减少消耗。”该方法包括棒引导和激光引导两种方式,金属软化而非完全熔化。棒引导方法可能导致上部材料分解,激光引导方法在硬度保持方面存在挑战。Marumoto表示:“通过软化成形的方法是新奇的,可能应用于其他材料。”研究发表于《国际难熔金属与硬质材料杂志》。这些进展显示,增材制造技术正推动材料科学和工程应用创新,水下混凝土打印和可回收墨水等方向尤其值得关注。

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