绍兴3D打印

绍兴3D打印

多材料3D打印技术的研究分析

    

我们制备了短纤维增强的形状记忆环氧复合材料作为3D打印的原料,旨在提高其模量及强度。首先考察了短碳纤维的添加对于打印墨水流变性能的影响。制备并测试了未加固化剂的打印墨水在一定温度范围内的流变性质,以考察利用其作为可去除支撑材料使用的可能性。由于挤出过程的流场作用,长径比较大的短碳纤维会沿着打印路径的方向排列,我们定性表征了短碳纤维的这种取向,并且测试表征了不同打印路径设置下样品的力学性能,其表现出较大的差异;接着探究了所打印材料的形状记忆效应。

采用多材料打印技术以及制备的支撑墨水,打印了具有高跨度结构的模型。得到的主要结论如下:

(1)微米级的短碳纤维添加对于打印墨水的凝胶状态、储能模量、剪切屈服应力等流变参数影响较小。所制备的短纤维增强打印墨水能实现良好的打印效果。
(2)短碳纤维会随着挤出而取向,其方向与打印路径方向相一致。通过设定打印路劲可以实现对于基体内短碳纤维取向的灵活控制。沿着短纤维取向的方向拉伸,模量可以达到9.1GPa,相比纯环氧提升了237%,相比于模具成型的样品提升20%;拉伸强度达到101.8MPa,相比纯环氧提升了368%,相比模具成型样品提升与之相当。因而在短碳纤维取向能在其取向方向使得准静态力学性能进一步提升。动态力学性能测试显示在环氧玻璃化转变温度以上,沿纤维取向方向储能模量能达到200MPa,远高于一般形状记忆高分子材料在转变温度以上的力学性能。
(3)所打印样品的形状记忆效应表现出色,固定率接近100%,回复率95%以上。通过3D打印二维蜂窝结构能在相同条件下有效减少形状恢复时间。并且通过引入多材料打印技术以及制备作为支撑材料的墨水,可以实现环氧树脂高跨度结构模型的3D打印。



2021-08-02 15:25:36