在LENS 3D打印技術(shù)中，金屬粉末隨著噴嘴被噴射出來(lái)，在激光的作用下瞬時(shí)間熔化，緊接著這些液態(tài)的金屬液滴會(huì)凝固在固體表面上。近日，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到了一種控制液滴撞擊固體表面活動(dòng)的方法，從而確定液滴是否會(huì)粘附，反彈或“自剝離”固體表面。研究液滴與固體表面的附著屬性，麻省理工學(xué)院的這一新發(fā)現(xiàn)，可能對(duì)未來(lái)的3D打印技術(shù)和其他技術(shù)產(chǎn)生影響。

麻省理工學(xué)院的發(fā)現(xiàn)將幫助加工過(guò)程中調(diào)整加工表面的性質(zhì)，有時(shí)候需要加工出非常光滑的表面，以減少機(jī)械部件的摩擦?；蛘咄ㄟ^(guò)調(diào)整表面熱導(dǎo)率等方式，使得表面質(zhì)量變得更加可控。這種研究金屬液滴與固態(tài)表面的相互作用為可控表面提供了實(shí)現(xiàn)的途徑。對(duì)于麻省理工學(xué)院的研究人員來(lái)說(shuō)，精確控制表面性質(zhì)的能力使得他們能夠做出非常不尋常的事情：控制和影響液滴的行為。

凝固過(guò)程中的液滴傾向于在碰到固體表面時(shí)發(fā)生兩種行為：粘附或反彈。而在某些工程應(yīng)用中，包括3D打印工藝，理解與控制行為的結(jié)果是非常重要的。痛點(diǎn)在于，很難預(yù)測(cè)或控制液滴的流向。麻省理工學(xué)院的研究人員嘗試用另外一個(gè)角度來(lái)理解液滴的行為：研究人員研究那些固體表面的熱性能，認(rèn)為通過(guò)對(duì)這些固體表面的熱性能“調(diào)諧”從而控制液滴的各種行為。

根據(jù)麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系副教授Kripa Varanasi，研究人員發(fā)現(xiàn)了很有趣的現(xiàn)象。研究對(duì)象是兩種具有相似的潤(rùn)濕性質(zhì)的基材，但具有不同的熱性能。研究人員發(fā)現(xiàn)熔融的金屬液滴“脫落”硅樹(shù)脂基材，但是緊貼玻璃基材表面。由于玻璃是一種良好的絕熱材料，這個(gè)實(shí)驗(yàn)使研究人員相信，可以通過(guò)調(diào)整沖擊表面的熱性能來(lái)控制液滴的附著力。

研究人員所指的熱性能，不僅僅是溫度情況。更多的是熱效率因素，材料傳遞熱量的速率對(duì)控制液滴的附著力起到了關(guān)鍵作用。這就像我們坐在木板和石頭上的感受是不一樣的：即使木板和石頭的溫度相同，但我們會(huì)感覺(jué)坐在石頭上更冷，這是因?yàn)榫哂休^高熱導(dǎo)效率的石材表面可以更快地將熱量從我們身上吸走。

圖片：熔融的金屬液滴在硅樹(shù)脂和玻璃基材表面上的不同表現(xiàn)行為

麻省理工學(xué)院研究人員的主要實(shí)驗(yàn)包括研究熔融金屬液滴在各種表面時(shí)的行為。這是令人特別感興趣的領(lǐng)域，因?yàn)樯婕暗浇饘賴娡康某练e行為，更好地理解和控制金屬液滴的粘附力意味著更好的加工結(jié)果。根據(jù)研究人員發(fā)表的研究論文，這些見(jiàn)解在熱噴涂和增材制造以及極紫外光刻的過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用前景。

根據(jù)Varanasi教授，液滴形成斑塊的方式?jīng)Q定了涂層本身的完整性。如果不完美，可能會(huì)對(duì)部件的性能產(chǎn)生巨大的影響，尤其是在諸如渦輪葉片這樣的核心零部件的應(yīng)用領(lǐng)域。

為了實(shí)際應(yīng)用這項(xiàng)研究結(jié)果，研究人員設(shè)想了一個(gè)能夠立即調(diào)整表面特性能夠控制液滴發(fā)生粘附或反彈行為。根據(jù)研究人員的設(shè)想，通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整熱性能的場(chǎng)景，以使得液滴與固體基材的相互作用變得更加可控。