近日，空軍研究實(shí)驗(yàn)室研究人員與布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)家同步輻射光源II的光束科學(xué)家聯(lián)手，使用非常明亮的X射線來檢查3D打印材料和工藝。

國(guó)家同步光源II光束線幫助AFRL研究人員檢查3D打印油墨（圖片：美國(guó)空軍/ Hilmar Koerner）

過去幾年來，美國(guó)空軍在添加劑制造方面并不陌生，在3D打印引擎和3D打印刷穿戴電子產(chǎn)品方面開展了多項(xiàng)新興技術(shù)的研究。然而，對(duì)于某些應(yīng)用，需要進(jìn)行更多的3D打印研究。最終，這是一個(gè)材料的問題。雖然3D打印能夠產(chǎn)生比十年前更強(qiáng)大的部件，但所有防務(wù)組織必須非常小心，以確保用于軍事用途的部件足夠強(qiáng)大，可以在其指定任務(wù)中生存。

這通常意味著需要調(diào)整全新的可3D打印復(fù)合材料，這些復(fù)合材料對(duì)于關(guān)鍵部件來說足夠強(qiáng)大，但是從3D打印機(jī)中順利流出，以確保合適的層粘合性和結(jié)構(gòu)完整性。然而，有時(shí)候，很難準(zhǔn)確地告訴3D打印復(fù)合材料在內(nèi)部正在做什么。部分可能看起來很強(qiáng)硬，但沒有最高科技的分析工具，很難說一個(gè)新的復(fù)合材料適合使用。這就是為什么空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）材料和制造局的研究人員想在布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室使用國(guó)家同步加速器光源II的原因。

超亮X射線幫助研究人員研究復(fù)合層的粘結(jié)（圖片：美國(guó)空軍/ Harry Pierson）

在成功申請(qǐng)國(guó)家同步光源II后，AFRL材料科學(xué)家Hilmar Koerner博士（Polymer Matrix Composite Materials and Processing小組）能夠與光束科學(xué)家合作，對(duì)3D打印復(fù)合材料進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)。Koerner解釋說：“我們?cè)赬射線光子相關(guān)光譜束線上獲得光束時(shí)間，這使得我們能夠以毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率同時(shí)查看處理過程中材料的動(dòng)態(tài)和結(jié)構(gòu)。

通過使用光束線，Koerner和其他AFRL研究人員能夠仔細(xì)檢查一些含有增強(qiáng)填料和納米填料的可3D打印復(fù)合材料，以修改材料的流動(dòng)和凝固速率。結(jié)果非常有用。光束線顯示了研究人員究竟如何以及為什么離開3D打印機(jī)噴嘴的復(fù)合油墨在短時(shí)間內(nèi)從剪切稀化，易流動(dòng)的液體轉(zhuǎn)變成凝膠，以及隨機(jī)取向的納米填料顆粒如何形成自支撐網(wǎng)絡(luò)。

Koerner說：“我們很高興地發(fā)現(xiàn)，我們已經(jīng)在這個(gè)獨(dú)特的光束線上獲得了光束時(shí)間。 “我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，收集了數(shù)據(jù)，使我們能夠更好地對(duì)這些材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并為空氣相關(guān)的熱固性樹脂及其后處理3D打印過程提供了一些啟示?！?/span>

實(shí)驗(yàn)結(jié)果將用于優(yōu)化AFRL的可3D打印復(fù)合材料和用于打印它們的3D打印參數(shù)。它還可以幫助實(shí)驗(yàn)室研究人員磨合其閉環(huán)3D打印機(jī)反饋控制，并提供新的高溫3D打印材料。