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国内研发连续纤维增强热塑性树脂3D打印技术

2021-10-28 06:21 已有人浏览
本文摘要:在波音公司宣告将600多件3D打印机部件用作波音的Starliner太空出租车之时,我们不由得而感慨于塑料替换轻质金属合金将沦为交通工具领域的众多趋势。国内在研发塑料替换轻质合金这一技术方向上否与国际实时,甚至有自己更为精辟的研究?本期,小编和大家一起来领略南京航空航天大学在倒数纤维强化热塑性树脂打印机技术的创意突破。

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在波音公司宣告将600多件3D打印机部件用作波音的Starliner太空出租车之时,我们不由得而感慨于塑料替换轻质金属合金将沦为交通工具领域的众多趋势。国内在研发塑料替换轻质合金这一技术方向上否与国际实时,甚至有自己更为精辟的研究?本期,小编和大家一起来领略南京航空航天大学在倒数纤维强化热塑性树脂打印机技术的创意突破。熔融沉积成型(FDM)技术凭借其较低的成本和较出色的可实现性,近年来获得了相当大的市场占有率,尤其是经常出现的小型化的桌面式FDM三维打印机,使得个体用户也可以自行设计并生产出有简单且具备一定用于功能的零件。但该工艺用于可冷却融化的热塑性树脂耗材为成型材料,材料本身不具备连续性,层内分子团间距较小,且逐级铺叠的工艺特点也造成了较好的层间结合力,这些特点都造成零件脆性大,冲击强度较低,不易变形,支撑性能劣。

国际和国内一般来说在零件的设计过程中使用结构流形优化的方式来优化力学性能,亦或是在热塑性基材中重新加入颗粒,短切纤维等强化体,注定无法显然上提升熔融沉积工艺所成型构件的力学性能。尤其是针对航空航天领域内的简单构件,轻量化和高强度的拒绝日益苛刻,虽然熔融沉积等增材生产工艺可以大幅的节省原材料,减少零件生产的可玩性,但其制品力学性能较好也是容许其在行业内发展的主要原因。市场上的倒数纤维强化树脂恩复合材料的3D打印机方法不存在以下主要问题:-各类纤维在出厂时,其表面活性基团皆只适应环境于与热固性树脂的增生过程。

在用于非常简单的措施将处理方式的纤维与熔融热塑性树脂共混时,无法使纤维与树脂充份增生,这造成构件的纤维-树脂界面较好。-大丝束纤维呈圆形展平放射状,现有3D打印机方法难以使用大丝束纤维,且小丝束纤维在成型过程中成型速度慢,成型后的表面质量、纤维树脂体积分数、纤维树脂产于情况、层间结合力等性能指标无法掌控。-现有的方法在打印机过程中,由于纤维的局部末端、脱落,更容易导致纤维在腔体中冲刷、阻塞,对成型过程导致影响,同时,成型轨迹中纤维呈圆形牢固、无规律的产于状态,使得构件的支撑性能受到影响。

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南京航空航天大学针对现有的热塑性树脂恩复合材料3D打印机成形时所用于的相连纤维尺寸较小,且无法对相连纤维构建有效地风干而导致成型速度较低、构件尺寸有限较小、成型件综合性能较低的问题,发明者了倒数纤维强化热塑性树脂恩复合材料的3D打印机方法。限于于尺寸较小的纤维丝束,该打印机技术成型速度快,表面质量提升,同时纤维与热塑性基体间的界面融合性能好,构件纤维含量低,纤维密实度低,并且提升了打印机构件的力学。

南京航空航天大学还研发出有倒数纤维强化热塑性树脂恩复合材料转动共混3D打印头,其特征在于:吸管头相连于熔融腔也可绕中轴转动,且转动方向与熔融腔忽略;熔融腔与吸管头内侧皆有加热齿环,纤维束和熔融热塑性树脂受到两级偏移转动的螺旋齿环加热起到下均匀分布共混,且共混体以螺旋状密实缠绕紧成圆柱丝束,树脂沿纤维倾向均匀分布;吸管头吸管材料至成型区域并烧结成纤维强化树脂恩复合材料。南京航空航天大学的技术对当前热塑性复合材料成型技术是一种突破,南京航空航天大学使用两级转动腔体对纤维和树脂的共混体展开加热和卷曲,限于于较小尺寸的纤维丝束,优化了打印头对纤维原先状态的适应性,在完全相同的打印机速度下,提升了打印机效率,提高了构件的表面质量;加热共混的起到下,纤维与树脂间的增生充份,共混体中的纤维呈圆形密切螺旋卷曲状,提升了强化体的承载能力,树脂在纤维中各处产于均匀分布,提高了构件的层间和界面融合性能,提升了打印机构件的力学性能;吸管头的转动起到可使共混体在吸管后,纤维与树脂的产于均匀分布,纤维体积含量低。当前针对倒数纤维强化的热塑性复合材料成型FDM打印机技术领域,活跃的企业和研究机构还包括美国MarkForged,日本大学、东京工业大学,西安交通大学等。3D打印机随着南京航空航天大学将这一技术水平推上新的高度,小编指出FDM技术用作倒数纤维强化的热塑性复合材料打印机技术更进一步南北工业级应用于。

南京航空航天大学的突破性在于构建了较高力学性能倒数纤维强化热塑性基体复合材料构件的3D打印机,且成型效率高,表面质量好,可限于于对性能拒绝较高的航空航天简单构件的成型过程。从金属到高性能材料的切换目前是航空航天市场的一个既定趋势,小编指出填充塑料沦为执着设计维度、生产便利性和轻质以打破传统铝材的方案。


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