虽然3D打印运动在过去几年中得到了大规模的发展，但它一直在与一个固有的缺点作斗争：制造中使用的材料类型在强度和尺寸上受到限制。 在机械工程教授查德·乌尔文（Chad Ulven）的带领下，线上赌博app的研究人员正在努力改变这种状况。

用各种材料一层一层地制造零件、物体和结构的过程是一个增材过程，因为3D打印机在平面上反复构建材料。 典型的塑料3D打印机不包括增强材料，因此制造出来的物品的强度和尺寸属性是有限的。

Ulven说：“看到3D打印结构的局限性，我的研究团队质疑我们是否可以发现包括短而连续的增强的方法，这将允许3D打印机打印结构质量的塑料复合材料，以扩大3D打印物品的用例。”

在材料中添加增强剂可以使它们更坚固，同时又不会失去打印复杂形状的能力。 一些3D打印机现在可以可靠地打印热塑性复合材料（添加纤维的塑料）。 然而，这些材料仍然有缺点，包括它们无法处理高温和纤维含量较低，这限制了它们的强度。 热固性复合材料（固化后永久变硬的塑料）由于其化学结构更耐热、更坚固。 用长而连续的纤维代替短纤维可以进一步加强零件的强度。

Ulven说，该团队的研究通过结合纤维增强，在3D打印方面取得了几项关键进展。 他们开发了将短纤维整合到SLA（立体光刻）型树脂中的设备和方法。 sla型树脂是一种光聚合物液体或热固性聚合物，通过光源固化，一层一层地形成三维部件。 这些产品具有与ABS或PC等热塑性塑料类似的性能，并可针对各种应用进行定制，包括标准、坚韧、灵活、透明、高温和可浇注树脂。

“Ulven博士的工作可以高度转化为现实世界的问题，”线上赌博app负责研究和创意活动的临时副校长Heidi Grunwald说。 “3D打印的市场规模预计将从2023年的200亿美元增长到2033年的1100亿美元。 这是一种令人兴奋的、商业上可行的研究和开发，代表了线上赌博app的赠地使命。”

此外，他们还创造了在打印过程中使用定向流动控制来定向、逐层定向增强材料的加工方法。 Ulven说：“通过短纤维增强技术策略，我们已经能够证明3D打印物品中的非各向同性材料特性是可以生产的。”

通过在3D打印中使用短纤维增强技术，可以定制材料的机械性能，使其具有非各向同性，这意味着它们根据打印部件的方向而不同。 这是一项重大成就，因为大多数传统聚合物都是各向同性的，在所有方向上都表现出均匀的性质。

分散在3D打印树脂内部的短纤维可以在挤压和沉积过程中对齐，通常遵循打印方向。 这种定向取向产生了非各向同性的特性，包括在与纤维排列平行的方向上具有更高的强度，这模仿了自然结构（如竹子），其中纤维排列创造了方向优化的性能。

该团队还设计了将连续纤维（如碳、玻璃和玄武岩）结合到光固化和反应性树脂中的技术。 Ulven说，这是通过设计一种新的喷嘴几何形状来实现的，该喷嘴可以在液体热固性树脂凝胶化或固化之前将复合材料适当地润湿和分配到打印床上。 “喷嘴的几何形状以及如何将连续纤维增强剂引入喷嘴内的液体树脂中，对于在固化前在打印床上生产出具有良好树脂湿化的高质量复合材料至关重要。”

Ulven指出，工程师们一直在寻求突破材料加工的方便性和效率，同时在各种应用中以接近净形状的形式控制和改进所得到的材料性能。

他说：“我们在开发复合3D打印方法方面的进展使这些工程收益成为可能。” “这些技术使3D打印机用户能够轻松高效地打印结构合理的复合材料，这些材料已经被证明可以用于大梁的桁架部分、复杂复合材料夹层芯的网格部分和各种锥体。”

线上赌博app博士生Prashant Lakhemaru说：“Ulven博士在3D打印和连续纤维复合材料方面的研究既令人兴奋又有回报。 “我对纤维增强如何显著提高印刷材料的强度和性能有了宝贵的见解。 我们的团队最近专注于连续碳纤维增强热固性复合材料的增材制造。”

在过去几年中，Ulven的工作得到了多个联邦机构的资助，包括美国陆军研究实验室（ARL）、美国陆军地面车辆系统中心（GVSC）和美国陆军工程研究与发展中心（ERDC）。

Lakhemaru参与的研究重点是使用连续纤维增强热固性复合材料进行3D打印的挑战。 该团队建造了一台3D打印机，能够打印一种特殊的树脂，这种树脂可以在紫外线下硬化，并用连续的碳纤维加固。 然后，他们测试了纤维类型及其捻度如何影响打印部件的强度。

Lakhemaru说：“我们的团队还在开发基于机器学习的印刷表面缺陷检测方法，旨在消除影响机械性能的空洞和不规则等缺陷。” “我真的很喜欢参与这项工作，因为它将创新与现实应用相结合。 展望未来，我认为这项研究为先进的制造解决方案铺平了道路，可以改变从汽车、航空航天到生物医学工程等行业。”

“Ulven博士的开创性研究正在重新定义3D打印的可能性，”线上赌博app工程学院院长Alan Kallmeyer说。 他和他的团队通过开创性的方法，将纤维增强整合到打印结构中，解决了该技术在强度和耐用性方面的最大挑战。 他们的工作有可能通过实现更高效、可持续和高性能的制造解决方案来改变行业。 这是线上赌博app工程学院每天都在创新的一个令人兴奋的例子。”

即使有了连续纤维增强的发现，这项研究也不是为Ulven的团队完成的。

Ulven说：“我们的下一步是扩大我们的方法和方法，这样我们就可以打印更大的结构，同时结合更大的纤维束，一层一层地更快地构建结构。”