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连续碳纤维形状记忆复合材料改善3D打印力学性能

时间:2019-07-24     【转载】   来自:OFweek中国高科技行业门户

    研究人员Yongsan An和Woon-Ryeol Yu通过研究替代材料进行3D打印改进探索,在最近发表的《连续碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料的3D打印》中,讨论了困扰许多工业用户的机械性能的挑战。在本文中,我们一起来看看研究人员是如何利用复合材料改善3D打印力学性能的。

  在这项研究中,研究人员在FDM 3D打印中尝试使用连续碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料(SMPC)——热塑性塑料和热固性塑料。

  研究人员对参数进行了测试,并打印了样品,更多地了解了SMP等智能材料的优点和局限性——能够随环境变化,然后又恢复回正常形状。这种类型的材料与4D材料相近,允许用户在各种应用中获得更大的灵活性。研究团队希望随着碳复合材料的加入而改进制造工艺。

  研究团队为该研究创建了一个定制的FDM 3D打印机,以制造连续纤维增强的SMPC零件。在材料方面,选择了两种不同类型用于评估:PLA和聚氨酯型SMP长丝(作为热塑性基质)和SMP环氧树脂作为热固性基质。然后,该团队将连续碳纤维添加到长丝中进行加固。

  他们在打印出待测样品时,试验了温度和打印速度的差异,然后由团队评估机械和形状记忆特性。

  研究人员在文中写到,“储能模量(G'),损耗模量(G”)和PLA的粘度在其熔点附近降低。储能模量以比损耗模量更大的速率降低,使PLA具有更多液体性质。因此,PLA可以很容易地从温度为180℃的喷嘴中挤出。”

  “不含CF的PLA长丝从喷嘴平滑地挤出,无论其直径是否大于熔合面积。然而,对于直径为1.5mm的喷嘴,PLA基质被挤出,就像螺旋缠绕CF一样。这是因为PLA挤出比CF更多,因为CF在挤出过程中没有被拉伸。此外,恶劣的温度和不同的挤出速度导致CF在3D打印过程中失效。另一方面,对于直径为2毫米的喷嘴,PLA和CF由于其挤压速度同步而被直接挤出。

  这里面存在许多挑战,例如CF未完全涂覆PLA。为了更好地优化PLA和CF的供应速度以及材料的结构和聚变时间,研究人员创造了一种改进的打印头,他们还增加了日历卷和适当的张力装置。

  研究人员表示,与传统3D打印聚合物相比,打印的SMPC在纤维方向上的显示出更好的机械性能。

  机械性能的强度和稳定性是3D打印中的一个持续挑战,但随着研究人员决心完善从碳晶格到钛的测试,以及检查生物相容性问题的渐进式制造技术的材料和工艺,仍有不断改进的空间。


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