近年来，增材制造（3D打印）技术日益普及，该技术的多功能性，使得军方也致力于将此技术成熟并在战场得以实际应用。美国空军研究实验室的研究人员致力于将增材制造技术用于现场快速、低成本制造非关键备件等多种领域。目前，聚合物基复合材料增材制造技术尚未成熟，还不能实用于作战人员。主要困难源于打印层彼此结合时要保持其各自的形状，材料孔隙率及其它因素会导致层间结合差，从而弱化了增材制造零部件的结构整体性。为此，除了增强填料外，研究人员还将纳米填料添加到复合介质中，作为流变改性剂，且有助于整体结构结合。一般来说，其行为类似于牙膏，在压力下很容易流动，但在静止时不会滴落或流动。当纳米填料添加到碳纤维等增强填料中时，精确的添加量将大幅提高打印件的力学性能。因此，了解复合材料和纳米填料不同混合物的材料性能及其动力学特性是使增材制造技术进入实用的重要一步。

 

　　为了构建该主题的知识体系，美国空军研究实验室聚合物基复合材料与加工团队与BNL NSLS- II光束线科学家合作，利用同步辐射光源Ⅱ进行了实时实验，并收集了独特的数据，对材料行为获得了新的了解。研究人员在X射线光子相关光谱法（X-ray Photon Correlation Spectroscopy，XPCS ）光束线上获得了光束时间，并利用光束时间将X射线穿过沉积材料层，以毫秒级的时间分辨率同时观察到复合材料3D打印过程中材料的结构及动力学特性，实时收集了纳米填料的取向和动力学信息。

 

　　研究人员表示，当复合油墨离开3D打印喷嘴时，其在数秒之内就从剪切稀化、易流动的液体转变成凝胶。随着纳米填料颗粒的随机化取向，其形成了赋予复合油墨自支撑性能的网络。XPCS实验使研究人员能够非常详细地了解这一快速过程，提供的信息既有助于优化复合油墨，又有助于优化整个打印过程，以获得更好的性能。

 

　　研究团队将使用这些新收集的数据来优化复合油墨配方及打印机参数。研究人员称，将这些数据与其它更简单的表征方法相关联，可对3D打印机进行新型闭环控制，也可对AFRL开发的在打印过程中经受更高温度的材料进行表征（北方科技信息研究所  苟桂枝）

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