利用超声振动技术打印ABS废料，制造的部件抗压强度可提高59%

2022年6月29日，南极熊获悉，马来西亚马六甲工业大学(UTeM) 的研究人员开发了一种3D打印机，它能够使用可回收的ABS(塑料)制造出更具弹性的部件。

△研究人员的超声波3D打印设备

通过将两个压电换能器，安装到普通的FFF工艺3D打印机上，该团队实现了一种可提高再生ABS性能强度的方法。

考虑到他们设计的有效性，制成的部件抗压强度提高59%，该团队表示，通过变废为宝，可以极大的减少废弃长丝对环境造成的破环。

FFF材料遇到的问题
虽然3D打印通常被宣传为比减材制造技术更节省材料，但它在某些特定的应用中也存在一定的问题。

正如大部分桌面3D打印机用户都会遇到的情况，打印错误既费钱又耗时间，同时浪费了大量的材料。鉴于这些塑料中的许多都被白白浪费掉了，它们对环境污染也是一种危害。

其实制造商们，早已经提出了可利用回收ABS这种解决方案。然而，正如UTeM团队在他们的论文中所强调的那样，“以往的可再生ABS机械性能会显着下降”。因为这种普通的可回物，使得打印构建体的最终强度降低高达49%。

通过对回收的ABS进行测试，发现这种弱化是由于层间粘合不良造成的。这种分层会导致材料内部损坏，从而导致它们在3D打印时失效，这是一种不成熟的解决方案。

△该团队的抗弯强度测试结果

利用超声振动技术
介于以上原因，UTeM研究人员，开发了自己的可回收材料。首先将ABS制成颗粒，然后将它挤出成1.75毫米的细丝，再使用装有压电换能器的原型FFF机器，将它制成3D打印样品。该设备可使用超声波振动，提高构建体的稳定性。

尽管该团队发现，喷嘴在230°C的温度下，制造的初始模型存在表面缺陷，但工程师们将此参数提高到270°C ，并降低打印速度，发现可以纠正这些问题。该团队还发现，将零件暴露在20kHz频率的超声波振动中，可“大大提高了回收层的附着力”。

这证明了，在提高打印对象的弯曲强度和模量方面的情况，分别比未曝光部分高43%和53%。研究人员的结果，后来在拉伸强度测试中得到证实，其中在20kHz下处理的材料的强度为27.5MPa，比暴露在10kHz和完全未处理的材料高出约24%和19%。

在初步研究取得成功后，研究人员正计划将他们的设计开源。在此过程中，该团队，旨在尽可能地将超声波换能器添加到FFF 3D打印机中，并帮助推动采用可回收ABS，作为传统一次性材料的最新替代方案。

△该研究结果，可在题目为“使用集成超声波振动开源FDM打印机,对回收ABS材料的力学性能研究 ”的论文中进行了详细了解（点我传送门）

“总的来说，我们的方法是为了更好的开发打印材料的可行性，并借助超声波振动技术，它可以改善回收ABS的机械性能，”该团队在他们的论文中总结道。“这项研究，将扩大可回收 ABS废物的应用范围，同时为保护地球环境做出应有的贡献。”

△使用超声波3D打印工艺，制造的膝关节半月板

声波在3D生物打印领域的其它应用
UTeM团队，充分利用了超声波在聚合物3D打印中的应用，但早些时候，该技术更广泛的用于3D 生物打印。2021年3月，巴斯大学和布里斯托大学的科学家们，提出了一种具有潜力的声能驱动生物打印工艺。

该技术让人想起大约两年前，北卡罗来纳州立大学的研究人员开发的技术，该技术涉及使用超声波，将细胞排列在3D生物打印凝胶中。与生物等效物相比，这项技术可以提高人工组织的保真度，未来可用于人体组织治疗。