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科學(xué)家利用3D打印測(cè)試極端條件下的材料性能

迅速崛起的3D打印正在一些關(guān)鍵行業(yè)如航空航天、運(yùn)輸和軍工等重新定義制造。為了加速這一進(jìn)程，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的科學(xué)家們正在探索利用3D打印無(wú)可比擬的靈活性，按需制造出靶（targets）并用于測(cè)試材料在極端條件下的性能。



通過一種被稱為雙光子聚合激光直寫（2PP DLW）的增材制造工藝，由LLNL領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)制備出首個(gè)毫米大小的低密度泡沫儲(chǔ)層靶，該對(duì)象具備納米尺寸的特征并可在紐約Rochester的OMEGA激光器上進(jìn)行材料測(cè)試，他們是首個(gè)使用該工藝制造精密宏觀部件的研究團(tuán)隊(duì)。這項(xiàng)針對(duì)Omega研究的主要目的是要把相同的工藝用在美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施（National Ignition Facility Project，簡(jiǎn)稱NIF），在這里需要制備類似的部件以改進(jìn)未來(lái)的靶的性能。

得益于3D打印技術(shù)，LLNL的博士后James Oakdale已經(jīng)能夠在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi)制造出這些聚合物泡沫靶部件，而不是傳統(tǒng)的需要幾個(gè)星期。對(duì)于制造控制的改進(jìn)也意味者研究人員可以更加輕松地改變這些材料的屬性，比如密度、彈性和脆性。



“原來(lái)在靶制備出錯(cuò)時(shí)，要把它換掉需要花上兩個(gè)月的時(shí)間?！盉iener說(shuō)?！岸F(xiàn)在我們可以第二天或者甚至一夜之間做到，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是我們?cè)陂_發(fā)一個(gè)靶部件的時(shí)候從概念到交付所需的時(shí)間被大幅壓縮，它也為你創(chuàng)造以前無(wú)法使用傳統(tǒng)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)的對(duì)象打開了大門。”

據(jù)悉，這種通過高功率激光系統(tǒng)（比如OMEGA或NIF）進(jìn)行的材料強(qiáng)度測(cè)試通常被用于驗(yàn)證材料在強(qiáng)大壓力下性能的計(jì)算機(jī)模型。Biener說(shuō)這種2PP DLW 3D打印技術(shù)也可以用來(lái)開發(fā)用于高通量“鳥槍實(shí)驗(yàn)（shotgun experiment）”的材料庫(kù)，這些材料庫(kù)通常每個(gè)庫(kù)包含幾百種材料，而每種材料會(huì)在特征尺寸和其它屬性上稍有不同。

按照LLNL靶S&T團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Michael Stadermann的說(shuō)法，對(duì)于NIF來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)的按需制造能力是很有吸引力的，而且能夠縮短未來(lái)實(shí)驗(yàn)的周期。

“它這很容易控制你正在測(cè)試的對(duì)象，而且你在3D打印出來(lái)后不需要任何機(jī)加工?！盨tadermann說(shuō)，“能夠按照你想要的形狀打印出東西是真正有用的，尤其是對(duì)于那些無(wú)法進(jìn)行加工的材料?！?/span>

最后，研究人員也可能會(huì)看到將3D打印用于靶制造也會(huì)帶來(lái)成本上的優(yōu)勢(shì)成本，Stadermann補(bǔ)充說(shuō)。
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