这种可打印的聚合物使砂结构具有复杂的几何形状和卓越的强度，而且也是水溶性的。

这项研究发表在自然通讯他展示了一座6.5厘米高的3d打印沙桥，可以承载其自身重量的300倍，这一壮举类似于12座帝国大厦坐落在布鲁克林大桥上。

粘合剂喷射打印工艺比工业上使用的其他3D打印方法更便宜、更快，并且可以从各种粉末材料中创建3D结构，在成本和可扩展性方面具有优势。这一概念源于喷墨打印，但不是使用墨水，而是打印机头喷出一种液体聚合物来粘合粉末状材料，如沙子，一层一层地构建3D设计。结合聚合物是打印砂强度的来源。

该团队利用聚合物专业知识定制了一种聚乙烯亚胺(PEI)粘合剂，与传统粘合剂相比，这种粘合剂的强度提高了一倍。

通过粘合剂喷射打印的部件在从打印床上移除时最初是多孔的。它们可以通过在设计中加入一种叫做氰基丙烯酸酯的超强胶材料来加强，这种材料可以填补空隙。在第一步的基础上，第二步的强度增加了8倍，使聚合物砂复合材料比任何其他已知的建筑材料(包括砖石)都要坚固。

“很少有聚合物适合作为这种应用的粘合剂。我们在寻找特定的性质，比如溶解度，这样才能得到最好的结果。我们的关键发现是PEI粘合剂的独特分子结构，使其与氰基丙烯酸酯反应，从而获得非凡的强度，”ORNL的Tomonori Saito说，他是该项目的首席研究员。

用常规粘结剂形成的零件在加入强力胶等渗透材料后会变得更致密，但没有一种能达到PEI粘结剂的性能。PEI粘合剂令人印象深刻的强度源于聚合物在固化过程中与氰基丙烯酸酯结合的反应方式。

超强度砂的一个潜在应用是改进复合材料制造的工具。

硅砂是一种廉价、易得的材料，在汽车和航空航天领域制造复合材料部件的兴趣越来越大。轻质材料，如碳纤维或玻璃纤维，包裹在3d打印的砂芯或“工具”上，然后加热固化。硅砂是有吸引力的工具，因为它不会改变尺寸时，加热，因为它提供了一个独特的优势，可清洗的工具。在复合材料应用中，使用水溶性粘合剂形成出砂工具是非常重要的，因为它可以通过简单的冲洗步骤，用自来水除去砂，留下中空的复合材料形式。

“为了确保模具零件的精度，你需要一种在加工过程中不会改变形状的材料，这就是为什么硅砂很有前途。该研究的主要作者、田纳西大学布莱德森中心的学生达斯汀·吉尔默(Dustin Gilmer)说:“我们面临的挑战是克服沙子部分的结构弱点。”

目前的砂型铸造模具和砂芯的工业用途有限，因为商业方法，如冲蚀工具，会施加热量和压力，导致砂型零件在第一次尝试时断裂或失效。为了支持大规模生产和快速生产，需要更坚固的砂型零件。

Gilmer表示:“我们的高强度聚合物砂复合材料提高了用粘合剂喷射方法制造的零件的复杂性，实现了更复杂的几何形状，并扩大了制造、模具和建筑的应用范围。”

这种新型粘合剂获得了2019年R&D 100奖，并已获得行业合作伙伴ExOne的研究许可。

该期刊文章发表在“聚乙烯亚胺粘合剂实现的强硅砂结构的增材制造”上。