特拉华大学的研究人员正在将热固性聚合物与碳纤维结合起来,为他们的新技术制造复合材料:局部平面内热辅助(LITA)3D打印。碳纤维的策略性定位是将液体聚合物“芯吸”到材料结构中,并在其中填充空间。如果聚合物具有足够的多孔性,它们也可以填充纤维。然后将纤维加热,固化液态聚合物并允许形成3D打印结构。
加热还会降低聚合物的粘度,改变其物理性质,并帮助聚合物轻松流动。加热还有助于聚合物完全润湿纤维而不会形成空隙。”作者Lakshmi Supriya,博士。在她的论文“用于聚合物复合材料的低成本LITA 3D打印技术”中解释。
随着碳纤维的强度,聚合物得到改善;然而,在大多数情况下,直到Supriya和她的研究小组创建了新技术之前,一直依赖热塑性塑料,因为它们在暴露于较高温度下时很容易融化。但是,它们通常不会表现出良好的机械性能-特别是在增强纤维不连续的情况下,Supriya和研究团队期望这种由连续碳纤维支撑的复合材料能获得更好的结果。济南3D打印中使用的其他有效复合材料也可能依赖于其他金属填料和纤维或无机分子。重点通常是制造更轻巧的坚固部件。
LITA 3D打印最有益和独特的方面之一是,由于固化过程较早发生,因此不需要以后进行,这意味着为用户节省了时间和能源。实际上,消除该步骤最多可以节省几个小时。该过程总体上也更快,并且提供了“制造复杂形状的可靠性和可重复性”。
此处,机器人技术还用于包含打印头的系统中,该打印头可容纳碳纤维,焦耳加热器并分配树脂。机械手负责打印头在基材或自由空间上的所有移动。研究人员在研究过程中烟台3D打印了各种样品,包括2D基板,3D星形和在圆柱棒上的保形打印。最终,他们报告说在工业级碳纤维和液态环氧树脂的拉伸强度方面取得了最大的成功。
这些材料和新技术可能被证明在基础设施中的应用前景广阔,例如建筑桥梁,以及航空业用于飞机零件的制造。研究人员预计,这项新技术还将减少与缺陷相关的人工,工具和成本。
尽管市场上大多数碳纤维3D打印工艺都依赖于热塑性塑料,但LITA并不是将热固性塑料与连续碳纤维增强相结合的第一项技术。特别是,Continuous Composites在印刷过程中使用七轴机械臂固化热固性树脂。
[来源/图片:“用于聚合物复合材料的低成本LITA 3D打印技术”;AZO材料 ]