碳納米管（CNT）是一種相對(duì)較新的納米材料，它們最早在上世紀(jì)90年代才出現(xiàn)。不過碳納米管的價(jià)格已經(jīng)從最早的1500-2000美元一克大幅降低到如今的35-50美元一克。這使得圍繞著碳納米管的研究項(xiàng)目數(shù)量大幅增長(zhǎng)，也出現(xiàn)了一些使用碳納米管生產(chǎn)出來的物質(zhì)。碳納米管材料強(qiáng)度非常高，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性也非常好，并能承受很大的壓力而不變形。

我們已經(jīng)看到了一些公司宣稱其生產(chǎn)的3D打印線材中含有碳納米管材料。據(jù)天工社所知，這類線材的主要目的是增加打印產(chǎn)品的導(dǎo)電性。未來這種線材可以用來3D打印集成了電子電路的電氣部件。

白色線材外部的黑色部分為碳納米管涂層

日前，Texas Tech大學(xué)的一位名叫Brandon Sweeney的化學(xué)工程博士生使用了一種很特殊的方法將碳納米管用于3D打印。他的出發(fā)點(diǎn)是解決3D打印的強(qiáng)度問題，基于FDM技術(shù)3D打印出來的零部件，每層之間的連接往往相對(duì)薄弱，如果有外力彎折或撕扯時(shí)，最先斷裂的往往是層與層之間的連接處。針對(duì)這種情況Sweeney想出了一個(gè)解決方案。

他發(fā)現(xiàn)，碳納米管的導(dǎo)電性意味著當(dāng)該材料暴露于微波輻射，碳納米管會(huì)迅速升溫并快速擴(kuò)散熱量，而通常情況下，聚合物材料從3D打印機(jī)中擠出時(shí)會(huì)比較快的冷卻。Sweeney想做的事是將逐層打印的3D對(duì)象的內(nèi)部各層融合在一起，而不影響打印物體的整體形狀。碳納米管是最完美的解決方案。

帶CNT的對(duì)象表現(xiàn)出明顯的抗壓強(qiáng)度

Sweeney首先給普通的3D打印線材做個(gè)碳納米管浴。這樣線材外部會(huì)有一個(gè)碳納米管薄層。然后，他用這種材料3D打印一個(gè)對(duì)象，對(duì)它進(jìn)行直接微波輻射（用微波爐即可），來克服上文所說的強(qiáng)度問題。當(dāng)對(duì)象被微波輻射時(shí)，碳納米管涂層升溫很快，導(dǎo)致與其接近的聚合物迅速熔融，而離碳納米管較遠(yuǎn)的塑料還保持著較低的溫度，所以并不會(huì)發(fā)生形變。這不僅是打印對(duì)象內(nèi)部的各層聚合物結(jié)合在一起使得強(qiáng)度更大，而且碳納米管在每層之間起到了類似混凝土中的鋼筋那樣的支撐作用，使得3D打印對(duì)象的壓縮要困難得多。于是碳納米管的強(qiáng)度特性部分轉(zhuǎn)移到了打印成品上。

Sweeney正在與Texas Tech大學(xué)化學(xué)工程系副教授Micah Green、電子工程教授Mohammed Saed一起繼續(xù)深入這方面的研究，并已經(jīng)取得了新技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。