通過AddJoining工藝和超聲波連接實(shí)現(xiàn)材料與木材表面的直接固定。

利用3D打印連接木材和金屬，圖片來源：格拉茨技術(shù)大學(xué)

木材是一種可再生、氣候友好、輕質(zhì)且堅(jiān)固的材料，然而將其與其他材料（如金屬和聚合物復(fù)合材料）牢固且持久地連接一直是一個難題。據(jù)資源庫了解，來自奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)（TU Graz）的研究團(tuán)隊(duì)成功測試了兩項(xiàng)新技術(shù)，這些技術(shù)無需使用粘合劑或螺釘即可實(shí)現(xiàn)非常牢固的連接。目前，這些木材應(yīng)用技術(shù)正在申請專利，未來有望在飛機(jī)、汽車和家具制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

其中一項(xiàng)名為AddJoining的工藝，通過3D打印技術(shù)將聚合物復(fù)合材料組件直接固定在木材表面。打印的材料會滲透到木材的孔隙中，并與木材發(fā)生類似于膠水的化學(xué)反應(yīng)。研究人員表示，這種連接方式在機(jī)械負(fù)載測試中表現(xiàn)非常出色。

“在接頭斷裂后，我們在木材的孔隙中發(fā)現(xiàn)了聚合物殘留，同時在聚合物中也找到了斷裂的木纖維，這表明斷裂發(fā)生在木材和聚合物內(nèi)部，而不是接頭處，”研究所的博士后Gean Marcatto在新聞稿中解釋道。測試是在未經(jīng)處理的木材表面進(jìn)行的，測試材料包括山毛櫸、橡木、碳纖維增強(qiáng)聚酰胺、聚苯硫醚、316L不銹鋼和Ti-64合金。

研究人員還指出，通過激光紋理化或蝕刻處理，將微米或納米結(jié)構(gòu)引入木材表面，可以進(jìn)一步增強(qiáng)接頭的強(qiáng)度。這種處理能夠增加木材的孔隙，從而提高粘合表面的效果?！安贿^，我們希望盡量減少處理步驟，尤其是避免使用化學(xué)物質(zhì)，”首席研究員塞爾吉奧·阿曼西奧補(bǔ)充道。“這種技術(shù)非常適合應(yīng)用于復(fù)雜的3D幾何形狀，因?yàn)榻M件可以直接打印在表面上，無論幾何形狀有多復(fù)雜。”

另一項(xiàng)技術(shù)是超聲波連接。該工藝?yán)贸暡òl(fā)生器產(chǎn)生的高頻振動，將低振幅的振動施加到木材部件上。當(dāng)木材與基體材料（在本例中為聚合物或聚合物復(fù)合材料）接觸時，界面處產(chǎn)生的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，進(jìn)而熔化聚合物組件的表面。熔融的聚合物滲入木材的天然多孔結(jié)構(gòu)中，冷卻后凝固在木材中，形成機(jī)械聯(lián)鎖，同時也產(chǎn)生了粘合力。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)非常牢固的點(diǎn)連接。

通過AddJoining工藝和超聲波連接實(shí)現(xiàn)材料與木材表面的直接固定。

利用3D打印連接木材和金屬，圖片來源：格拉茨技術(shù)大學(xué)

木材是一種可再生、氣候友好、輕質(zhì)且堅(jiān)固的材料，然而將其與其他材料（如金屬和聚合物復(fù)合材料）牢固且持久地連接一直是一個難題。據(jù)資源庫了解，來自奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)（TU Graz）的研究團(tuán)隊(duì)成功測試了兩項(xiàng)新技術(shù)，這些技術(shù)無需使用粘合劑或螺釘即可實(shí)現(xiàn)非常牢固的連接。目前，這些木材應(yīng)用技術(shù)正在申請專利，未來有望在飛機(jī)、汽車和家具制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

其中一項(xiàng)名為AddJoining的工藝，通過3D打印技術(shù)將聚合物復(fù)合材料組件直接固定在木材表面。打印的材料會滲透到木材的孔隙中，并與木材發(fā)生類似于膠水的化學(xué)反應(yīng)。研究人員表示，這種連接方式在機(jī)械負(fù)載測試中表現(xiàn)非常出色。

“在接頭斷裂后，我們在木材的孔隙中發(fā)現(xiàn)了聚合物殘留，同時在聚合物中也找到了斷裂的木纖維，這表明斷裂發(fā)生在木材和聚合物內(nèi)部，而不是接頭處，”研究所的博士后Gean Marcatto在新聞稿中解釋道。測試是在未經(jīng)處理的木材表面進(jìn)行的，測試材料包括山毛櫸、橡木、碳纖維增強(qiáng)聚酰胺、聚苯硫醚、316L不銹鋼和Ti-64合金。

研究人員還指出，通過激光紋理化或蝕刻處理，將微米或納米結(jié)構(gòu)引入木材表面，可以進(jìn)一步增強(qiáng)接頭的強(qiáng)度。這種處理能夠增加木材的孔隙，從而提高粘合表面的效果?！安贿^，我們希望盡量減少處理步驟，尤其是避免使用化學(xué)物質(zhì)，”首席研究員塞爾吉奧·阿曼西奧補(bǔ)充道。“這種技術(shù)非常適合應(yīng)用于復(fù)雜的3D幾何形狀，因?yàn)榻M件可以直接打印在表面上，無論幾何形狀有多復(fù)雜。”

另一項(xiàng)技術(shù)是超聲波連接。該工藝?yán)贸暡òl(fā)生器產(chǎn)生的高頻振動，將低振幅的振動施加到木材部件上。當(dāng)木材與基體材料（在本例中為聚合物或聚合物復(fù)合材料）接觸時，界面處產(chǎn)生的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，進(jìn)而熔化聚合物組件的表面。熔融的聚合物滲入木材的天然多孔結(jié)構(gòu)中，冷卻后凝固在木材中，形成機(jī)械聯(lián)鎖，同時也產(chǎn)生了粘合力。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)非常牢固的點(diǎn)連接。