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熱老化如何影響3D打印的碳纖維零件?

魔猴君  行業(yè)資訊   1524天前

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在過去的幾年中,用于增材制造的復(fù)合材料的開發(fā)進展加快了,在桌面和工業(yè)增材制造方面的研究和創(chuàng)新都在不斷增長,其中包括使用復(fù)合材料的短切和連續(xù)纖維技術(shù),碳纖維或納米管或最常用于玻璃纖維的加強。

3D打印復(fù)合材料和三明治結(jié)構(gòu)(輕質(zhì)芯被薄面板夾在中間)已成為大學(xué)和國家實驗室越來越多的研究主題。但是重點更多地放在研究壓縮破壞,承載能力,延展性,形態(tài),拉伸或摩擦性能上。這項研究發(fā)表在《聚合物測試雜志》上,是由迪肯大學(xué)(澳大利亞)和錫根大學(xué)(德國)的研究人員合作完成的,重點是研究對3D打印復(fù)合材料(特別是芯)結(jié)構(gòu)的性能或性能的影響。由加速的熱老化引起。

作者之所以選擇關(guān)注此點,是因為該領(lǐng)域缺乏調(diào)查研究,而更相關(guān)的是,因為此類3D打印材料/結(jié)構(gòu)將在各種溫度條件下應(yīng)用,并且了解溫度如何影響其機械性能和分子結(jié)構(gòu)將為未來提供參考應(yīng)用和材料開發(fā)。實際上,根據(jù)SmarTech的2018年報告,使用增材制造的復(fù)合材料開發(fā)和應(yīng)用正在迅速增長,到2028年,復(fù)合材料市場預(yù)計將達到100億美元,包括零件生產(chǎn),硬件和材料。目前,航空航天和醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用是復(fù)合材料的主要驅(qū)動力,但預(yù)計很快將擴展到其他汽車,建筑,能源和消費品行業(yè)。

選擇FDM(使用FlashForge Creator Pro)來制造兩種類型的復(fù)合結(jié)構(gòu),即使用具有碳纖維面板的ABS和ASA(丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯)。制造了兩種用于芯的拓撲結(jié)構(gòu),一種為桁架或三角形,另一種為蜂窩或六角形。為了了解載荷和熱老化對結(jié)構(gòu)的影響,使用壓縮,拉伸和三點彎曲測試來研究這些部件的機械性能和失效。

圖片由Polymer Testing 91(2020)Journal / Deakin University提供

該研究還暗示了連續(xù)纖維增強如何比短切纖維提供更好的破壞載荷性能,因為初始破壞往往發(fā)生在孔壁內(nèi)的細絲交叉處:“蜂窩狀細胞具有更好的性能,因為在細胞壁之間存在更多的連續(xù)細絲。熱老化對這些連接也有更大的影響,因為分子的松弛和重組增加了連接的韌性?!睘榱四M熱老化,通過在氣候試驗箱中使樣品經(jīng)受變化的溫度來“老化”樣品。最高/最低溫度分別為60攝氏度和22攝氏度(低于聚合物的玻璃溫度),采用自動化,高精度和高精度的設(shè)備,將溫度變化率控制在1攝氏度/分鐘。

圖片由Polymer Testing 91(2020)Journal / Deakin University提供

魔猴網(wǎng)點評:發(fā)現(xiàn)使用ASA的蜂窩結(jié)構(gòu)具有更高的抗彎強度,更高的應(yīng)變載荷特性和整體更高的承載能力(使用ABS或ASA),并且熱老化由于退火(和分子結(jié)構(gòu))而增加了最大強度。具有結(jié)構(gòu)和材料的標(biāo)本)。退火似乎加強了層和印刷珠之間的結(jié)合。由熱老化引起的影響在很大程度上也可歸因于老化時間,而老化溫度沒有明顯影響。熱老化試樣還具有更好的剛度和破壞載荷性能,彎曲應(yīng)力比未老化試樣高15%。此外,ASA核心比ABS核心承受更高的應(yīng)變。

有趣的是,迪肯大學(xué)被認為是美國和世界范圍內(nèi)AM領(lǐng)先的研究和教育機構(gòu)之一。 2017年,該大學(xué)的增材制造教授Ian Gibson獲得了國際自由形式和增材制造卓越獎(FAME),以表彰他一生的成就和對3D打印的貢獻-其中包括與他人合著的有影響力的“增材制造技術(shù)”的銷售超過30萬冊,建立了快速原型期刊和全球快速原型協(xié)會聯(lián)盟。上個月,該大學(xué)啟動了一項針對MELD技術(shù)的研究和教育計劃,MELD技術(shù)是一種創(chuàng)新的露天金屬增材制造技術(shù),可以建造大小的零件而無需熔化任何金屬。與美國的MELD Manufacturing Corporation合作,該大學(xué)在其Advanced Metal Manufacture Facility上安裝了MELD機器,并計劃資助進一步研究MELD技術(shù)的材料,效率和應(yīng)用。


來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/39562.html

   
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