在芝加哥大学感受 3D 打印机的魅力

在材料科学的世界中,当粒状材料(例如沙子)中的一堆颗粒能够占据的体积jamming-1变得非常之小的时候,颗粒就会互相干扰,最后嵌塞在一起。由于晶粒的形状不同,这些材料会显示出不同的特性,例如强度、柔韧度和摩擦性能等。明白了吗?那就继续往下看吧……

Heinrich Jaeger 是芝加哥大学的一位物理教授。他主管一间实验室,其工作是研究实验凝聚态物质。他们有几个项目涉及到颗粒干扰的实际应用,这里有两个视频集锦:干扰机器人通用干扰夹持器

Jaeger 教授和他的学生们想要知道,为了优化其目标特性,这些随机包裹的颗粒最理想的形状是什么。通常,他们会根据以往的经验来探索。过去,他们的尝试基本上仅限于能够找到的和/或研究生们手工制作出来的形状。

然而三年前,Jaeger 教授开始与他的一名研究生 Marc Z. Miskin 合作,使用 3D 打印技术研究“干扰”和不同形状的结构性能。他们设计出一套计算机算法,希望用完全不同的方式解决这个问题。他们的算法极具突破性,并不是从一个特定形状开始评估其性能,而是定义一个目标或是一组参数,然后在所有可能的形状之中“搜索”,找到一个推荐的结果。由于这套算法不受人的经验和偏见影响,因此可以得出许多出乎意料的解决方案和复杂形状。

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更便宜、更迅速、更复杂

在他们使用这套算法进行研究时,3D 打印技术成为一个至关重要的因素。手工制造数以千计的不规则形状颗粒完全就是不可能的任务。但是,制作一个目标颗粒的 3D 模型,再利用先进的 3D 打印机予以实现,就简单多了。3D 打印颗粒不仅能节约时间和金钱,还可产生额外的效益:比手工制作的颗粒更为精确。然后研究团队就可以对这些由计算机算法“设计”形状的颗粒组合进行物理实验和测试。

 

Jaeger 教授的实验室成为芝加哥大学校园中第一个拥有 3D 打印机的实验室。他们选择了一台 Stratasys Objet Connex350 多材料 3D 打印机。据 Jaeger 教授介绍,其选择这台 Objet Connex350 是出于几大原因:

  • 多材料功能(可以让颗粒具有多种性能)
  • 数字混合材料(可以产生独特的材料)
  • 高分辨率

Jaeger 教授非常兴奋地表示,“材料范围和数字混合功能都太棒了!”

我想知道他们开始使用 Connex 系列 3D 打印机进行打印时最大的惊喜是什么,Jaeger 教授提到了很多方面。首先,3D 打印机非常快捷可靠。他对于能够如此之快地批量打印出 10000 个颗粒大感惊讶,同时也非常高兴。他们可以让 3D 打印机在无人值守的情况下整夜工作,只要早晨来取走颗粒就行了。Jaeger 还表示,Objet Connex 3D 打印机附带的软件非常好,使用方便。

展望未来

Jaeger 教授和学生们下一步会使用 3D 打印做什么呢?他回答说,他们还在努力寻找最坚固强韧的形状,这一方面是任重而道远。他们致力于推动颗粒物质领域的下一轮大潮,他预计数字混合多种材料的功能将会发挥日益重要的作用。

他同时也表示,3D 打印正在扩展到实验室的其他领域,包括制作原型、制作特殊零件(例如专用支架和底座)以及 3D 打印其研究需要的其他物件。

让我们对 Jaeger 教授的工作拭目以待吧!

这篇博客同时也: 英语, 日语, 韩语

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