据外媒报道，美国能源部（Department of Energy）橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）的研究人员开发了一种新型挤出系统，该系统通过特殊设计的喷嘴将多个3D打印挤出机组合成单一的高输出流。该系统的速度可媲美大型挤出机，同时还具备更高的灵活性、精度和多材料打印能力。
图片来源：橡树岭国家实验室
大型挤出机重量较大，因此需要更坚固、更昂贵的龙门架或机器人来搬运和移动。随着挤出量的增加，在低挤出量的应用场景中精度会下降，从而导致挤出流量不稳定。这种不稳定性给小型零件和大型锥形设计的打印都构成了挑战，需要降低打印速度以避免热量积聚，从而防止翘曲和打印失败。
橡树岭国家实验室研发的这种灵活解决方案允许用户在不影响打印质量的前提下，添加或停用较小的挤出机。更重要的是，该方案支持在单个挤出头内同时打印多种材料，无需更换设备。
多行业应用潜力
凭借其快速、精准打印多种材料的能力，这款挤出系统能够制造出兼具强度、柔韧性和其他独特特性的单一部件。这种多功能性使其在众多行业中得到广泛应用。在航空航天领域，它可用于制造防撞面板或雷达吸波部件。
在能源领域，该系统可以生产阻燃外壳、轻型模块化外壳、电池架或热能系统的支撑结构，从而实现可扩展的设计，这对电力基础设施现代化至关重要。国防领域可以利用它建造坚固轻便的掩体或防护板，而民用领域则涵盖加固桥面、汽车保险杠和船体——所有这些都可以在一次连续打印中完成。
创新的喷嘴设计与材料整合
该解决方案的关键在于正在申请专利的喷嘴块——采用铝青铜制成，兼具强度和导热性——其内部设计可将来自平行挤出机的两股熔融聚合物流合并在一起。这种设计使系统能够处理多种不同规格的大批量颗粒原料，并可实现挤出流量的稳定翻倍，且有望进一步提升至三倍、四倍甚至更高。通过采用Y型喷嘴，多路复用系统不仅简化了挤出过程，还显著降低了材料的孔隙率。
图片来源：橡树岭国家实验室
除了Y型喷嘴外，研究人员还设计了一种专有喷嘴，能够生成芯-鞘结构挤出头——使其中一种材料包裹着另一种材料——从而极大地增强了多材料增材制造的灵活性。这项技术使得两种具有不同机械和/或功能特性的材料精确地融合在单个挤出头中。
凭借这些技术进步，制造商就可以得到层间粘合力增强的复合芯材，从而解决分层或层间分离的问题，而分层或层间分离一直是聚合物增材制造的主要障碍。
