熱老化如何影響3D打印的碳纖維零件？

魔猴君  行業(yè)資訊   1589天前

在過去的幾年中，用于增材制造的復合材料的開發(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，其中包括使用復合材料的短切和連續(xù)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(jié)構（輕質(zhì)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(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（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(jié)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(diào)查研究，而更相關的是，因為此類3D打印材料/結(jié)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(jié)構將為未來提供參考應用和材料開發(fā)。實際上，根據(jù)SmarTech的2018年報告，使用增材制造的復合材料開發(fā)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(chǎn)，硬件和材料。目前，航空航天和醫(yī)療行業(yè)的應用是復合材料的主要驅(qū)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(yè)。

選擇FDM（使用FlashForge Creator Pro）來制造兩種類型的復合結(jié)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(jié)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(jié)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(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(jié)構）而增加了最大強度。具有結(jié)構和材料的標本）。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(nèi)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(xié)會聯(lián)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(chuàng)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