什么是流變學(xué)？為什么它在聚合物3D打印中很重要？

魔猴君  知識(shí)堂   60天前

流變學(xué)的概念是指研究流體的物理學(xué)分支。更具體地說，它分析材料流動(dòng)或變形時(shí)的行為，即它們?nèi)绾螌κ┘拥牧驊?yīng)力做出反應(yīng)。盡管流變學(xué)適用于廣泛的科學(xué)和技術(shù)學(xué)科，但在3D打印背景下，它對于某些制造技術(shù)變得至關(guān)重要。它使得了解和控制所用材料（例如塑料甚至水凝膠）在層的連續(xù)疊加過程中的行為成為可能。

這個(gè)物理學(xué)分支由尤金·賓厄姆(Eugene Bingham)引入，并于1930年獨(dú)立形成。從詞源上看，流變學(xué)一詞來自希臘語rheo，意思是“流動(dòng)”，以及l(fā)ogos，意思是“科學(xué)”。簡單來說，流變學(xué)描述了材料在各種應(yīng)力條件下的變形和流動(dòng)。因此，流變材料可以根據(jù)其在受到不同力時(shí)的行為進(jìn)行分類。我們區(qū)分彈性固體和粘性流體，彈性固體是變形后保持形狀的固體，粘性流體在力的作用下連續(xù)流動(dòng)。最后，我們發(fā)現(xiàn)了粘彈性流體，它是結(jié)合了彈性固體和粘性液體特性的材料。3D打印中使用的聚合物就是這種情況。

對流變學(xué)的深入了解可確保3D打印零件的質(zhì)量

流變學(xué)在3D打印中的重要性

流變學(xué)對于3D打印至關(guān)重要，用于描述聚合物材料沉積到打印床上時(shí)的行為，無論是通過擠出還是聚合。了解這些塑料的流變性使我們能夠預(yù)測它們在打印過程中的行為，這對于確保最終部件的質(zhì)量和精度至關(guān)重要。事實(shí)上，打印過程中材料的流變行為直接影響工藝的各個(gè)方面和打印部件的質(zhì)量。我們發(fā)現(xiàn)流變學(xué)在3D打印中至關(guān)重要的原因包括：

粘度控制：在擠出和樹脂工藝中，材料的粘度和彈性之間必須具有精確的平衡。在這兩種情況下，材料的粘度直接影響其流動(dòng)性和最終部件的質(zhì)量。如果粘度太高，材料將難以擠出或沉積，導(dǎo)致堵塞、堵塞或分布不均勻，從而產(chǎn)生有缺陷的零件。相反，如果粘度太低，材料可能太容易流動(dòng)，導(dǎo)致不必要的堆積、扭曲或缺乏層清晰度。流變學(xué)研究和工藝條件（例如溫度和擠出速度）的適當(dāng)調(diào)整有助于優(yōu)化材料流動(dòng)。

流變學(xué)在擠出3D打印中的應(yīng)用研究

減少流動(dòng)和溢出：在材料噴射技術(shù)中，樹脂被噴射到打印床上，流變學(xué)可以防止材料滴落或溢出。如果樹脂的流變性不合適，沉積可能會(huì)很差。材料的粘度應(yīng)足夠低以適當(dāng)流動(dòng)，但又足夠高以防止材料流動(dòng)或溢出。

層間粘附：3D打印的挑戰(zhàn)之一是確保每個(gè)打印層正確粘附到前一層。這很大程度上取決于材料的流變特性。后者必須足夠粘稠，以便新沉積的層保持其形狀并且不會(huì)過度流動(dòng)。它還必須具有粘彈性，使該層能夠熔化并很好地粘附到前一層上。這對于高分辨率打印件和具有復(fù)雜幾何形狀的零件尤其重要。

尺寸穩(wěn)定性和后處理：打印后，許多材料容易變形，特別是在冷卻和固化時(shí)。這些變形（例如翹曲或收縮）可能會(huì)影響零件的質(zhì)量和精度。流變學(xué)可以預(yù)測材料在冷卻時(shí)的表現(xiàn)，從而可以調(diào)整打印條件以最大程度地減少這些問題。

流變學(xué)分析應(yīng)用于樹脂3D打印

新材料的開發(fā)：流變學(xué)在尋找用于3D打印的新型復(fù)合材料中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其中包括具有特定性能的材料，例如高耐熱性、增加的靈活性或減少冷卻過程中的變形。流變表征有助于預(yù)測這些材料在打印過程中的行為，確保它們適合技術(shù)并應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。

正如我們所見，流變學(xué)是聚合物3D打印中需要考慮的關(guān)鍵術(shù)語。無論是控制材料流動(dòng)、提高層間粘附力還是最大限度地減少變形，了解材料的流變行為都有助于優(yōu)化增材制造過程的每個(gè)步驟。這些知識(shí)不僅對于保證打印部件的質(zhì)量至關(guān)重要，而且對于開發(fā)新材料至關(guān)重要，其特性擴(kuò)展了3D打印在工業(yè)領(lǐng)域的可能性。

編譯整理：3dnatives