【3D打印】热纳米管有助于在新型焊接过程中提高3D打印热塑性部件强度

德克萨斯A&M大学（Texas A&M University，简称TAMU）的研究团队研发出一种提高3D打印热塑性部件强度的新方法。通过用多壁碳纳米管（MWCNT）涂覆线材，然后将其暴露于微波炉中，该团队发现它能够将3D打印部件的强度提升至原来的275％。

随着3D打印变得更易于访问和其多功能性，越来越受到个人或者商家的青睐。但是，不得不承认，在3D打印技术上仍然存在一些无法攻克的挑战。例如，FDM 3D打印，其使用加热的喷嘴来挤出熔融的塑料层，并且越来越多地被用于制造热塑性组分，但其往往不能产生韧性好，熔合度高的部件。因为打印对象层仅“弱焊接在一起”，从而难以达到功能应用需要的强度部件要求。

德克萨斯A＆M项目首席研究员Micah Green解释说“3D打印热塑性塑料零件在垂直方向通常非常弱，因为每个连续层不会焊接到下面层。简单的加热不能解决这个问题，但是通过在微波照射下加热的多壁碳纳米管（MWCNT）涂覆3D打印线材，我们可以在每个焊缝处局部加热样品从而产生高强度材料”。

研究团队发现，通过用MWCNT填充的聚合物膜涂覆线材，打印所需的物体，然后将所述物体暴露于微波，可以创造出更强的部分。在他们的实验中，研究人员表示，他们能够将纳米管定位在“每个线材迹线之间的界面”，这使得当选择性地暴露于微波加热时，聚合物能够与热塑性材料缠结。

被称为“局部诱发射频（LIRF）焊接”的技术甚至被证明可将3D打印热塑性部件的焊接断裂强度提高至275％。这无疑是不可思议的。

德克萨斯A＆M团队与Essential Materials和TriFusion LLC的科学家合作开发新技术，其中包括使用浴涂工艺涂覆具有薄层MWCNT“油墨”的工程级PLA线材，以在氯仿中超声处理MWCNT和聚合物混合物。

“能够以更高的焊接强度打印材料，为3D打印塑性塑料开辟了广泛的新应用领域”，Micah Green阐述道 “3D打印焊接强度的增加意味着聚合物线材上的MWCNT涂层通过LIRF加热，可用于制造具有接近常规制造工艺所制造的结构件”。

该研究最近发表在《Science Advances 》期刊上，标题为“Welding of 3D-printed carbon nanotube–polymer composites by locally induced microwave heating”。