什么是流變學？為什么它在聚合物3D打印中很重要？

魔猴君  知識堂   101天前

流變學的概念是指研究流體的物理學分支。更具體地說，它分析材料流動或變形時的行為，即它們如何對施加的力或應力做出反應。盡管流變學適用于廣泛的科學和技術學科，但在3D打印背景下，它對于某些制造技術變得至關重要。它使得了解和控制所用材料（例如塑料甚至水凝膠）在層的連續疊加過程中的行為成為可能。

這個物理學分支由尤金·賓厄姆(Eugene Bingham)引入，并于1930年獨立形成。從詞源上看，流變學一詞來自希臘語rheo，意思是“流動”，以及logos，意思是“科學”。簡單來說，流變學描述了材料在各種應力條件下的變形和流動。因此，流變材料可以根據其在受到不同力時的行為進行分類。我們區分彈性固體和粘性流體，彈性固體是變形后保持形狀的固體，粘性流體在力的作用下連續流動。最后，我們發現了粘彈性流體，它是結合了彈性固體和粘性液體特性的材料。3D打印中使用的聚合物就是這種情況。

對流變學的深入了解可確保3D打印零件的質量

流變學在3D打印中的重要性

流變學對于3D打印至關重要，用于描述聚合物材料沉積到打印床上時的行為，無論是通過擠出還是聚合。了解這些塑料的流變性使我們能夠預測它們在打印過程中的行為，這對于確保最終部件的質量和精度至關重要。事實上，打印過程中材料的流變行為直接影響工藝的各個方面和打印部件的質量。我們發現流變學在3D打印中至關重要的原因包括：

粘度控制：在擠出和樹脂工藝中，材料的粘度和彈性之間必須具有精確的平衡。在這兩種情況下，材料的粘度直接影響其流動性和最終部件的質量。如果粘度太高，材料將難以擠出或沉積，導致堵塞、堵塞或分布不均勻，從而產生有缺陷的零件。相反，如果粘度太低，材料可能太容易流動，導致不必要的堆積、扭曲或缺乏層清晰度。流變學研究和工藝條件（例如溫度和擠出速度）的適當調整有助于優化材料流動。

流變學在擠出3D打印中的應用研究

減少流動和溢出：在材料噴射技術中，樹脂被噴射到打印床上，流變學可以防止材料滴落或溢出。如果樹脂的流變性不合適，沉積可能會很差。材料的粘度應足夠低以適當流動，但又足夠高以防止材料流動或溢出。

層間粘附：3D打印的挑戰之一是確保每個打印層正確粘附到前一層。這很大程度上取決于材料的流變特性。后者必須足夠粘稠，以便新沉積的層保持其形狀并且不會過度流動。它還必須具有粘彈性，使該層能夠熔化并很好地粘附到前一層上。這對于高分辨率打印件和具有復雜幾何形狀的零件尤其重要。

尺寸穩定性和后處理：打印后，許多材料容易變形，特別是在冷卻和固化時。這些變形（例如翹曲或收縮）可能會影響零件的質量和精度。流變學可以預測材料在冷卻時的表現，從而可以調整打印條件以最大程度地減少這些問題。

流變學分析應用于樹脂3D打印

新材料的開發：流變學在尋找用于3D打印的新型復合材料中發揮著關鍵作用。其中包括具有特定性能的材料，例如高耐熱性、增加的靈活性或減少冷卻過程中的變形。流變表征有助于預測這些材料在打印過程中的行為，確保它們適合技術并應用于各個行業。

正如我們所見，流變學是聚合物3D打印中需要考慮的關鍵術語。無論是控制材料流動、提高層間粘附力還是最大限度地減少變形，了解材料的流變行為都有助于優化增材制造過程的每個步驟。這些知識不僅對于保證打印部件的質量至關重要，而且對于開發新材料至關重要，其特性擴展了3D打印在工業領域的可能性。

編譯整理：3dnatives