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3D打印机的发展前景

来源:中国3D打印网2019.08.28阅读 2988

  研究人员一直在探索加入连续碳纤维(CCF)原材料,对形状记忆聚合物(SMPs)带来的一些优势。作者沈欣欣、贾宝贤、赵汉兴、杨兴和刘正贤针对复合材料样品的力学性能,在最近发表的文章中,概述了连续碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料,在3D打印机工艺的相关研究。
  随着科学家对能够变形并根据用户需求恢复到自然状态的材料越来越着迷,表面贴装器件成为当今“学术研究的热点”。特别是用3D打印机耗材来克服强度和刚度方面的挑战。虽然连续纤维已被证明比短纤维更有效,但是其成形过程很复杂,这需要更好的方法来制造连续碳纤维增强复合材料。在这里,他们将FDM 3D打印作为解决方案:
  “复合3D打印机主要由运动平台、打印喷嘴、纤维输送机构和控制系统组成,”研究人员说。与传统3D打印机相比,这种3D打印机的喷嘴可以同时从两个通道输送树脂和纤维,并从同一个喷嘴挤出。

  3D打印机原理  

  连续碳纤维增强SMP复合材料的打印原理

  此外,纤维进给机构被设计成通过调节步进电机的转速以合适的速度连续进给纤维,以避免纤维在打印过程中断裂。    
  采用正交试验设计,研究了以下影响因素:
  ●打印温度
  ●打印速度
  ●行距
  ●帘布角度

  不同工艺参数的部分打印样品

  在进一步研究机械性能问题时,研究人员发现碳元素的层片角度是一个关键因素。当它们改变铺层角度时,样品的拉伸强度和模量发生变化,显示出沿纤维呈0度的张力,但在90度时,它是垂直的,这就打开了粘合问题的可能性。
  研究还表明,机械性能在200℃左右更合适,打印速度过快会影响纤维和树脂的“浸渍”。作者还指出,由于纤维含量的变化,对SMPs的影响很小。“形状记忆碳纤维复合材料的快速制造在航空航天领域有潜在的用途,”研究人员总结道。

  不同纤维含量的形状记忆性能测试

  虽然世界各地的研究人员、工程师、设计师和用户可能还没有触及3D打印潜力的表面,但许多人正在进一步探索下一个层面,使用能够根据环境变化的材料,从柔软的致动器到木质复合材料的4D打印,再到卓越的新型超材料。
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