3D打印复合材料结构的性能分析

在过去的几年中，用于增材制造的复合材料的开发进展加快了，在桌面和工业增材制造方面的研究和创新都在不断增长，其中包括使用复合材料的短切和连续纤维技术，碳纤维或纳米管或最常用于玻璃纤维的加强。

3D打印复合材料和三明治结构（轻质芯被薄面板夹在中间）已成为大学和国家实验室越来越多的研究主题。但是重点更多地放在研究压缩破坏，承载能力，延展性，形态，拉伸或摩擦性能上。这项研究发表在《聚合物测试杂志》上，是由迪肯大学（澳大利亚）和锡根大学（德国）的研究人员合作完成的，重点是研究对3D打印复合材料（特别是芯）结构的性能或性能的影响。由加速的热老化引起。

作者之所以选择关注此点，是因为该领域缺乏调查研究，而更相关的是，因为此类3D打印材料/结构将在各种温度条件下应用，并且了解温度如何影响其机械性能和分子结构将为未来提供参考应用和材料开发。实际上，根据SmarTech的2018年报告，使用增材制造的复合材料开发和应用正在迅速增长，到2028年，复合材料市场预计将达到100亿美元，包括零件生产，硬件和材料。目前，航空航天和医疗行业的应用是复合材料的主要驱动力，但预计很快将扩展到其他汽车，建筑，能源和消费品行业。

选择FDM（使用FlashForge Creator Pro）来制造两种类型的复合结构，即使用具有碳纤维面板的ABS和ASA（丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯）。制造了两种用于芯的拓扑结构，一种为桁架或三角形，另一种为蜂窝或六角形。为了了解载荷和热老化对结构的影响，使用压缩，拉伸和三点弯曲测试来研究这些部件的机械性能和失效。

该研究还暗示了连续纤维增强如何比短切纤维提供更好的破坏载荷性能，因为初始破坏往往发生在孔壁内的细丝交叉处：“蜂窝状细胞具有更好的性能，因为在细胞壁之间存在更多的连续细丝。热老化对这些连接也有更大的影响，因为分子的松弛和重组增加了连接的韧性。”为了模拟热老化，通过在气候试验箱中使样品经受变化的温度来“老化”样品。最高/最低温度分别为60摄氏度和22摄氏度（低于聚合物的玻璃温度），采用自动化，高精度和高精度的设备，将温度变化率控制在1摄氏度/分钟。

点评：发现使用ASA的蜂窝结构具有更高的抗弯强度，更高的应变载荷特性和整体更高的承载能力（使用ABS或ASA），并且热老化由于退火（和分子结构）而增加了最大强度。具有结构和材料的标本）。退火似乎加强了层和印刷珠之间的结合。由热老化引起的影响在很大程度上也可归因于老化时间，而老化温度没有明显影响。热老化试样还具有更好的刚度和破坏载荷性能，弯曲应力比未老化试样高15％。此外，ASA核心比ABS核心承受更高的应变。

有趣的是，迪肯大学被认为是美国和世界范围内AM领先的研究和教育机构之一。 2017年，该大学的增材制造教授Ian Gibson获得了国际自由形式和增材制造卓越奖（FAME），以表彰他一生的成就和对3D打印的贡献-其中包括与他人合著的有影响力的“增材制造技术”的销售超过30万册，建立了快速原型期刊和全球快速原型协会联盟。上个月，该大学启动了一项针对MELD技术的研究和教育计划，MELD技术是一种创新的露天金属增材制造技术，可以建造大小的零件而无需熔化任何金属。与美国的MELD Manufacturing Corporation合作，该大学在其Advanced Metal Manufacture Facility上安装了MELD机器，并计划资助进一步研究MELD技术的材料，效率和应用。
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