通过激光粉末床熔融制备具有局部定制刚度的磁响应复合材料
应用物理
2023-12-21 v2 材料科学
摘要
增材制造技术使得利用磁响应材料生产复杂且仿生的形状成为可能，在软体机器人中有多样应用。特别是，具有可控机械性能梯度的复合材料的发展为磁响应材料的进步提供了新前景。然而，实现此类具有梯度的复合材料通常涉及复杂的多材料打印流程。本研究提出一种单步激光粉末床熔融（LPBF）工艺，可在磁响应复合材料内实现机械刚度的精确局部调整。通过在含热塑性聚氨酯与雾化硬磁 Nd-Fe-B 磁粉的复合材料的特定区域采用不同激光参数，复合材料的刚度可在 2 至 22 MPa 范围内改变。我们制备了多种具有局部定制刚度的磁响应执行器，并研究了其磁性能。结果表明，相较于几何形状相同但均质的对应物，具有局部调整机械性能的执行器表现出增强的响应。作为生物医学应用演示，我们展示了一个具有局部调整的磁响应支架，能够基于个体解剖结构与疾病状况满足几何与局部刚度的特定要求。所提方法为利用 LPBF 创建功能梯度材料提供了一种途径，不仅适用于磁响应材料，也适用于若干其他结构与功能材料。
引用
@article{arxiv.2305.02643,
title = {Magneto-active composites with locally tailored stiffness produced by laser powder bed fusion},
author = {Kilian Schäfer and Matthias Lutzi and Muhammad Bilal Khan and Lukas Schäfer and Konstantin Skokov and Imants Dirba and Sebastian Bruns and Iman Valizadeh and Oliver Weeger and Claas Hartmann and Mario Kupnik and Esmaeil Adabifiroozjaei and Leopoldo Molina-Luna and Oliver Gutfleisch},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.02643},
year = {2023}
}