在复合材料中调整添加剂可改善3D打印零件性质

从凯夫拉尔纤维到人造木地板,到处都有复合材料。它们坚固,尺寸稳定,耐磨损且耐腐蚀。

尽管飞机机身通常由复合布和环氧树脂的交替层制成,但大多数由碳纤维,玻璃填充物或金属粉末增强的热塑性塑料制成。最终的结构非常坚固,轻巧。

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然而,制造这些结构具有挑战性。手动过程既耗时又需要大量技能。因此,自动化方法效率更高,但需要在复杂且难以扩展的机械上进行大量投资。

对于较小的零件,3D打印已被证明是可行的选择,但技术障碍阻碍了其广泛采用。问题之一是在构建过程中功能性添加剂(颗粒和增强纤维)结块和沉降。另外,在传统的3D打印机上几乎不可能实现光纤对准。

停止沉淀

Fortify开发了3D打印机,该打印机解决了与打印复合零件相关的问题。这家位于波士顿的初创公司将其流程称为“数字复合材料制造(DCM)”。
相关人员表示,这些技术中最重要的技术是连续动力学混合(CKM)。通过将体系的光敏聚合物树脂与功能性添加剂共混,连续循环以及在某些情况下在整个印刷过程中加热所得混合物,可以防止结块和沉淀。

这些添加剂包括金属薄片,碳纤维或陶瓷纤维以及阻燃剂,每种添加剂均具有理想的特性,如果没有CKM,这些特性将难以利用。更重要的是,这些特性在整个构建过程中是一致的,相关人员提出的一个属性在许多3D打印机的设计中都缺失了。

他说:“使用传统的3D打印机,沉淀可能在几分钟之内发生,因此,与底部相比,底部的物理特性会有所不同。” 解决方案通常是使用尽可能小的添加剂颗粒,但这往往会限制印刷零件的功能特性。CKM消除了所有这些,为使用更重的添加剂和更高浓度的添加剂打开了大门,同时实现了一致的材料性能。”
相关人员补充说,Fortify还采取措施来促进添加剂和基础树脂的粘合。“我们通过对添加剂进行化学处理来做到这一点,以使它们与树脂良好结合,并在适当的情况下使它们具有磁响应性。”

及时冻结

磁性感应是DCM难题的第二部分。在CKM确保整个构建过程中一致的光纤分布的地方,Fluxprint技术提供了这些光纤的选择性对齐方式,使它们可以在各层之间互锁并围绕承载几何形状缠绕。
Fluxprint通过在整个构建区域引入磁场来实现此目的,本质上是使纤维“处于关注状态”足够长的时间,足以使紫外线“冻结”它们和周围的树脂。在连续的层中重复该过程,最终在需要此类属性的区域中生产出具有增强的强度,热性能或电导率的零件。

相关人员说:“这种选择性比对有一些令人兴奋的用途。” “考虑将3D打印的插件用于塑料注塑模具。您可以对齐纤维以防止薄型部件破裂,如果要印刷整个模具,则可以加强流道周围的部分以改善耐磨性。另一方面,您可以使用Fluxprint编程可分离的支撑,这些支撑要比使用传统3D打印技术构建的支撑要容易得多。”
移场

自2016年成立以来,Fortify已部署了多个试验系统。它计划在今年年底之前部署大约十二个。迄今为止,其应用包括塑料注射模具和嵌件,静电装配夹具,医疗设备部件以及专有技术,。

他说:“由于我们在整个构建过程中都具有体素级控制,并且拥有广泛的具有增强的电气和机械性能的材料组合,因此我们预计我们的技术将广泛应用于许多行业。” “例如,如果您希望某个区域具有更高的导热性,则只需更改纤维的方向即可。我们也看到了RF(射频)和微波领域的公司的极大兴趣,这些公司期望使用我们的技术来获得所需的特性,而不是用许多不同材料组装零件的传统方法。”

但是,有一个陷阱:对齐每个体素非常耗时。拥有这种控制水平是一种“祝福和诅咒”。“利用它的最佳方法之一是使用有限元分析和类似的工程工具来识别CAD模型中的应力位置并仅加固那些区域。” 然后,用户可以用简单的交叉阴影线填充工件的余量。

研究人员说,通过使用这种方法,“可以确保整个零件的材料特性一致,而Fluxprint正是在最需要的位置提供了优化的微观结构。”

免责声明:本文转载自@贤集网,不代表复合材料网的观点和立场。

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