碳纤维增强塑料的FDM 3D打印工艺【技术篇】

为了增强最终成品的强度和耐久力,济南海域广3D进行着各种尝试,试图在材料挤出3D打印中引入碳纤维束。这种材料由15%(按重量)的PLA和短碳纤维复合而成。用 Proto- Pasta碳纤维打印出来的物体比标准热塑性材料打印出的部件更加坚固,并且抗弯曲能力更好。同时具有坚实质感和金属光泽。 Filabot/公司也出售相似的碳纤维线材。

Markforged公司采取不同的方法开发出了ー台售价4999美元名为 Mark One的桌面3D打印机,它能够在挤出的塑料部件中嵌入连续的碳纤维束、玻璃纤维或KeWa纤维。这些增强材料在打印过程中(而不是与挤出的线材预先混合)被加入到物体里,术语叫作“复合纤维制造(CFF)"。该打印机是一款可以3D打印比铝更加加坚硬的塑料物体的桌面硬件。

Markforgede碳纤维3D打印机的唯一一个明显限制是增强的丝東只能在XY平面上输出,而无法在Z方向上打印。这势必会降低增强丝束潜在的强化性能,因为其移动位置被限制在了平层上。然而,竟争对手 FreespaceComposites正在克服这一限制。其打印技术也是关于在热塑性塑料3D打印输出中添加増强丝東,但他们“采用了一项能够在任一方向以最佳方式混合连续碳纤维增强结构的工艺”。该公司 CEO NathanJ. Armstrong在向 Composites World的读者们解释时说道

我们的打印机包含几个多轴打印机制,基本上是6轴机械手臂。其中4轴机械手臂控制正在打印的部分,允许纤维材料被放置在各个方向上,其仅受重力和放置的物理可能性限制。

虽然 Markforgedl目前已经有了工作中的3D丁印机,但在本书编写时, Freespace Composites.正处于发展的早期阶段。不管将来这些企业是否成功,显而易见,增强塑料复合材料的3D打印有可能成为发展的重要领域。在第7章中我们将看到,3D打印和纳米技术同样可能成为天然的合作伙伴。根据这种发展方向,2014年,3 Dxtech公司推出了两款3 Nano系列的碳纳米管增强线材。同时, Graphene3DLab正在开发一种与石墨烯混合的3D打印增强线材

金属材料FDM打印工艺

实际上很多非塑料材料都可以用图所展示的3D打印过程打印出来。毕竟许多物质都能以固态形式置于打印头中,再经过加热至熔化,并在计算机的控制下进行沉积。唯一的问题是使用非塑料材料实现这一目标的复杂性。

目前最新研究的一项变体技术是“金属熔融沉积建模技术",也就是“"FDMm"也是FDM3D打印机的一种。有几项报道指出标准型热塑挤压3P丁印机已经被改良成可以用金属合金作为材料的3D丁印机。例如,德克萨斯大学支由 Jorge Mireles2率领的团队通过以金属合金线圈为材料对改良的打印机进行测试。使用的合金具有相对较低的熔点(低于300"C)。

有了这个限制条件,就能将金属成功加热并挤压为不到一毫米的厚度还有一种方法,研究人员已成功使用气体金属电弧熔融焊接遥控装置来进行3D打印。例如,克兰菲尔德大学的研究人员开发出了线圈与电弧增材制造(WAM)"。此工艺是将薄钛丝通过一个电脑控制的可动手臂,经过打印头的加热和挤出,进而建立连续物体层。

装置来进行3D打印。例如,克兰菲尔德大学的研究人员开发出了“线圈与电弧增材制造(WAAM)"。此工艺是将薄钛丝通过一个电脑控制的可动手臂,经过打印头的加热和挤出,进而建立连续物体层据2013年12月的报道, Cranfield团队与其工业合作伙伴BAESystems公司合作,使用WAAM技术生产飞机机翼上1.2米的翼梁区段。他们使用钛材料,用了37个小时完成3D打印,而传统的制造方法可能需要几个星期。

该项目的工程负责人, BAE Systems公司的Matt Stevens在新闻发布会上说:我们能够从该项目中证明的是我们有能力制造如此规模的钛部件。接下来,我们将继续合作,生产更多的零部件,同时开发一套完整的工艺流程,把该项技术安全并无缝地应用到航空领域。

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