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3D 打印复合材料研究进展

更新时间: 2024-11-27 11:47:16  查看次数: 68    
孔甜甜他们开展了利用熔融沉积(FDM)工艺来制作玻璃纤维增强聚乳酸复合材料的研究。他们对 3D 打印喷头进行了模拟,还研究了玻璃纤维增强聚乳酸打印耗材的制作方法以及成型工艺。他们设计了一种适合研究这种材料的扩张型打印流通喷嘴,并且对这个喷嘴做了数值分析和模拟。研究主要查看了复合耗材的成分情况,还研究了打印出来的玻璃纤维增强聚乳酸复合材料的力学性能和微观结构,最后确定了 20%玻璃纤维含量、0.4%偶联剂、3%相容剂、180℃挤出温度和 40 转每分钟的螺杆转速是复合耗材最好的制作工艺。他们又进一步改变打印工艺参数,研究这些改变对打印复合材料的力学性能和微观结构有啥影响,最后确定了 1 毫米喷嘴直径、扩张型流通喷嘴、6 毫米每秒移动速度、±90°移动轨迹和 210℃环境温度是最佳的成型工艺参数。
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叶稳立他们以在复杂工作环境下的高端装备应用当作背景,研究了打印过程中熔珠表面固液两相的层间结合和喷嘴温度之间的关系,提出把 320℃当作纤维增强聚酰亚胺材料的打印喷嘴温度。因为聚酰亚胺粘性比较高,他们还想出了一种针对连续碳纤维的纤维与树脂分离式打印方法,这样能有效提高打印件的力学性能。
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张肖男他们采用 0.3 到 0.5 毫米长的短纤维,通过铺放工艺试验发现,当短纤维放在一个振动频率是 12000 次每分钟的料仓时,纤维铺放会比较均匀。他们确定了在环境温度是 220℃、打印间隔是 0.65 毫米、挤出速率是 6 毫米每秒、层厚是 0.8 毫米的时候,打印出来的短碳纤维增强聚乳酸复合材料的层间剪切强度、抗拉性能与抗弯性能比较好。研究还发现增加短纤维的含量能在一定程度上增强材料的抗拉性能,但是纤维含量超过 1%重量比的时候,反而会让打印材料的抗拉性能下降。
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刘凌霄他们用漂白浆纤维、机械浆纤维、报纸浆纤维、桉木粉、松木粉等天然绿色纤维和聚乳酸(PLA)当作原料,用硅烷偶联剂(KH550)、马来酸酐接枝聚乳酸(PLA - g - MAH)当作改性材料,开发出了一种能用于 FDM 打印的 PLA 基木塑复合材料。他们发现当纤维含量增加的时候,混合复合材料的吸湿性、密度、力学性能都会提高,但是流动性会下降。研究表明当有 3% KH550 和 3% PLA - g - MAH 加到复合材料里时,耗材里的天然纤维分布均匀,综合性能最好,同时确定了最佳打印工艺参数是填充率 80%、层厚度 0.3 毫米、打印温度 200℃。
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刘晓军他们对 FDM 打印 PLA 材料进行不同温度的后处理实验,发现随着热处理温度升高,PLA 试件的最大抗拉强度和结晶度都是先升高然后下降,而且样品的抗拉强度和结晶度是正相关的关系。当热处理温度在 100 到 120℃这个范围时,PLA 样品的抗拉强度达到最高;在 100℃的时候,PLA 结晶度最高。实验结果说明要是只看试件的拉伸强度,PLA 的最佳热处理温度是 100℃。
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Mohammadizadeh M 他们研究了 FDM 打印连续纤维增强材料(CFRAM)样品的力学性能和失效机理。通过对拉伸断面进行扫描电镜(SEM)分析,他们研究了样品力学性能测试结果和断面微观表征之间的关系,还研究了纤维类型、纤维取向、填充密度和环境温度对材料拉伸、疲劳和蠕变性能的影响。研究中用了碳纤维(CF)、玻璃纤维(FG)和凯夫拉尔(Kevlar)三种增强纤维,用尼龙当作基体树脂。从实验结果能看到,CFRAM 样品主要的失效形式是纤维拉出、纤维断裂和断裂分层。另外,复合材料的填充密度和材料的力学性能之间有一定的关系。 
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