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3D打印碳纤维和其他复合材料

2021-06-16

 

复合纤维增强了传统3D打印零件的特殊性能-通常具有强度,刚度,耐热性和耐久性。这使它们比3D打印中使用的更传统的热塑性塑料(如ABS或PLA)具有强度优势,因此3D打印的应用可以通过这些附加材料及其带来的性能来扩展。 

热塑性塑料是可以改变状态而不会改变化学性质的塑料。这使它们成为流行的3D打印材料,因为它们可以轻松地熔化,逐层挤出并立即冷却成一定形状。但是,使其适合3D打印的特性使其不适用于工程强度应用-这些热塑性塑料中的许多具有相对较低的熔点,并且不是很坚固。 

另一方面,复合材料是由多种材料组成的零件,这些材料在组合时具有与原始材料不同的特性。像混凝土和刨花板这样的材料可以被认为是复合材料,因为它们是多种材料的混合物。 

但是,从工程角度讲复合材料时,通常是指具有增强纤维的复合材料。碳纤维,玻璃纤维和凯夫拉尔纤维是工业上用于复合材料的三种最常见的纤维材料。 

正如我们在3D打印物理学中介绍的那样,纤维像意大利面条-细,脆,弯曲时容易折断。这些纤维几乎从未被单独使用过,它们被编织成片状,包裹成棒状,或者借助基质材料将其成型为定制的成型形状,以将纤维硬化成形状。当许多纤维束缚在一起以创建更大的结构元素时,力可以沿所有纤维的长度分布和分散载荷。

将玻璃纤维束放在模具中,并用热固性树脂固化。 

碳纤维是目前强度/重量比高的之一,因此对于制造轻巧坚固的零件非常有价值。纤维本身由碳原子组成,碳原子的晶体结构排列成股,使股的张力异常强。 

传统上,将热固性树脂用作粘合剂,以将这些纤维定型为指定形状,并固化在泡沫等基体材料周围。因此,您可以通过将泡沫“夹在”纤维编织片之间并用树脂将其固化来创建夹心板。在3D打印的情况下,光纤可以采用两种不同的形式: 

短切纤维是将短长度的纤维切成小于一毫米的片段,然后混入传统的热塑性塑料中形成所谓的填充塑料。这些可以通过FDM打印过程进行打印。 

连续纤维需要略有不同的3D打印方法,其中将连续纤维束涂在固化剂中,然后放到通过辅助打印喷嘴挤出的热塑性基质中。此过程称为连续纤维制造(CFF)。

无论采用哪种方式添加纤维,添加纤维都会提高零件强度和其他材料性能,但是其添加量取决于纤维的使用方式以及所使用的纤维。一般而言,连续碳纤维3D打印要比短切碳纤维3D强,因为连续性会分配任何施加的负载。 

短纤维3D打印材料 

切碎的纤维填充塑料是复合3D打印塑料的最常见类型。切碎的复合3D打印材料是使用最广泛的切碎碳纤维-碳纤维碎片与传统的3D打印塑料(例如尼龙,ABS或PLA)混合在一起。 

将这种“填充物”添加到热塑性塑料中就是一种材料增强包。纤维承受零件的某些应力,例如如何将混凝土添加到水泥中以增强其强度。

纤维可承受零件上的某些外加应力,从而提高了通常较低等级材料的性能。碳纤维的添加还改善了机械性能的热稳定性,从而拓宽了工作温度范围,并提高了高温和低温下材料性能的可预测性。机械感应花、自动开合花、动态花、动态仿真花、互动花、感应花、机械花、红外感应花、人体感应花

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