熱老化如何影響3D打印的碳纖維零件？

魔猴君  行業資訊   1709天前

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

3D打印復合材料和三明治結構（輕質芯被薄面板夾在中間）已成為大學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，拉伸或摩擦性能上。這項研究發表在《聚合物測試雜志》上，是由迪肯大學（澳大利亞）和錫根大學（德國）的研究人員合作完成的，重點是研究對3D打印復合材料（特別是芯）結構的性能或性能的影響。由加速的熱老化引起。

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

選擇FDM（使用FlashForge Creator Pro）來制造兩種類型的復合結構，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構，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構的影響，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生在孔壁內的細絲交叉處：“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。”為了模擬熱老化，通過在氣候試驗箱中使樣品經受變化的溫度來“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

魔猴網點評：發現使用ASA的蜂窩結構具有更高的抗彎強度，更高的應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（和分子結構）而增加了最大強度。具有結構和材料的標本）。退火似乎加強了層和印刷珠之間的結合。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，彎曲應力比未老化試樣高15％。此外，ASA核心比ABS核心承受更高的應變。

有趣的是，迪肯大學被認為是美國和世界范圍內AM領先的研究和教育機構之一。 2017年，該大學的增材制造教授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”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會聯盟。上個月，該大學啟動了一項針對MELD技術的研究和教育計劃，MELD技術是一種創新的露天金屬增材制造技術，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技術的材料，效率和應用。

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