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3D打印长纤维增强复合材料的表征

3D打印长纤维增强复合材料的表征

供稿人:朱思尧、王玲   发布日期:2018-09-19
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近期,荷兰特温特大学的J.Justo等人使用添加剂层制造(ALM)工艺,使用Markforged 制造的MarkOne®3D打印机制造长纤维增强复合材料部件,如 图1(a),该系统可以独立打印两种材料,因此,它有两台挤出机和两台注射器,见图1(b)。其中一个注射器用于打印尼龙(如传统的3D塑料打印机可以这样做),另一个用于打印纤维增强热塑性塑料。

图1(a)3D打印机的总体视图,(b)两台打印机喷油器的详图

在ALM中,复合材料的连续长丝(包括一束纤维)由打印机在高温下通过普通工具注入,在材料冷却时形成部件。使用的复合长丝由PA(Nylon TM)基质和碳或玻璃纤维增强材料组成。预浸渍的尼龙基碳纤维材料的碳纤维含量(重量)约为40%,预浸渍的尼龙基玻璃纤维材料的玻璃纤维含量约为50%,浸渍纤维与去树脂后的纤维如图2。为保证成型效果,喷头路径采用回形循环。

图2(a)煅烧前和(b)煅烧后的玻璃纤维和碳纤维细丝

将打印出用于拉伸、压缩力学试验的标准样件,并进行性能测试,结果表明,所获得的ALM复合材料的机械性能尚未与传统方法(预浸料)所获得的性能相媲美。这一事实可以用ALM试样中存在的高孔隙率以及低纤维体积来解释。尽管如此,与非增强尼龙部件相比,机械性能改善显着。作者提出了使用不同的树脂(具有比尼龙更好的性能)作为基体,生产纤维含量更高的长丝,在长丝沉积后将其压实,以减少孔隙含量,实现FDM复合材料机械性能的改善。

参考文献:

  1. Justo, J., et al. (2018). "Characterization of 3D printed long fibre reinforced composites." Composite Structures 185: 537-548。