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长、短碳纤维的3D打印技术

发布于:2018/10/12 21:36:57

关键词:碳纤维,塑料,纤维,打印技术,复合材料,树脂,打印机,3D打印,尼龙,ABS
简    介:利用传统复合材料碳纤维的3D打印技术3D打印碳纤维可能是继金属之后当下最受追捧的增材制造技术。并且随着增材制造领域的发展,目前最新进展就在于一种可以利用难以捉摸材料的打印机终于成为现实。然而,并不是所...

利用传统复合材料碳纤维的3D打印技术

3D打印碳纤维可能是继金属之后当下最受追捧的增材制造技术。并且随着增材制造领域的发展,目前最新进展就在于一种可以利用难以捉摸材料的打印机终于成为现实。然而,并不是所有的碳纤维3D打印机都是一种类型的。有些机器能够利用微观短切纤维来增强传统的热塑性塑料,而有的机器则是运用连续的长纤维铺设在基础热塑性基质(当中,通常也会填充短切纤维)内部,以制造零件内部的“骨架”。

碳纤维的说明

碳纤维是由排列在一起的碳原子链组成的,且拥有极高的拉伸强度。可是,当我们单独运用它们时,其薄而脆的特性使它们在职何实际应用中很容易破碎,因此其自我存在的价值并不高。然而,当运用粘接剂将纤维分组并粘附在一起时,纤维安稳地分布载荷,并形成一种十分牢固且质地轻的复合材料。当中,这些碳纤维复合材料主假如以片材,管材或定制模塑特征的形式出现,并广泛应使用于航空航天跟汽车等以强度重量比为主导的行业。并且,传统上运用的粘合剂多为热固性树脂。

碳纤维打印技术

随着3D打印技术的发展,我们能够运用碳纤维进行3D打印(3D打印技术的最新进展)。然而,跟标准的碳纤维工艺不一样的地方就在于所用的粘合材料不一样。因为之前所用的粘结剂热固性树脂不会熔化,所以其不能通过喷嘴挤出(即不能使用于3D打印技术),因此为了解决该问题,3D打印机采纳易于打 印的热塑性塑料取代热固性树脂。虽然这些打印的部件不如树脂基质碳纤维复合材料那样耐热,但它们因为碳纤维的混入,确实增强了热塑性塑料的强度。

短切碳纤维打印vs连续碳纤维打印

当下有两种碳纤维打印方法:短切碳纤维填充热塑性塑料跟连续碳纤维增强材料。当中,一角度,切碎的碳纤维填充热塑性塑料是通过标准FFF(FDM)打印机进行打印的,其主要组成材料是热塑性塑料(PLA,ABS或尼龙)跟细小的短切碳纤维。另一角度,连续碳纤维制造是一种独特的印刷工艺,其将连续的碳纤维束铺设到标准FFF(FDM)热塑性基材中。

虽然短切碳纤维填充塑料跟连续纤维制造都运用碳纤维,但它们之间的差异是重大的。因此了解每种方法的工作原理及其理想的应用将会有助于您做出明智的决策,肯定您在增材制造工作中应采取哪些措施。

碳纤维3D打印--短切碳纤维填充热塑性塑料

简单来讲,短切碳纤维是标准热塑性塑料的助推器。它允许公司打印通常较弱的材料以增加其机械强度。然后将这个材料跟热塑性塑料混合,并将所得混合物挤出成使用于熔融长丝制造(FFF)技术的线轴。对于采纳FFF方法制备的复合材料,其是由短切纤维(通常是碳纤维)跟尼龙、ABS或PLA等传统热塑性塑料混合而成。在FFF工艺不变的状况下,短切纤维增加了模型的强度、刚度,提升了模型的尺寸稳定性、以及表面光洁度跟精度。

这种方法并非惟独优点。一些短纤维增强纤维通过使材料过度饱跟来提升强度。这不只伤害了零件的整体质量,并且还降低了表面质量跟零件精度。因此原型部件跟最终运用部件能够运用短切碳纤维来制造,由于它给予了内部测试或面向客户的部件所需的强度跟外观。

碳纤维3D打印--利用连续纤维增强

连续碳纤维才是真正的增强复合材料强度的核心。利用3D打印复合材料部件取代传统的金属部件,其优势在于能够在重量的一小部分上完成类似的强度,因此从效益上来讲,这是一种经济有效的解决方案。具体而言,就是运用连续长丝制造(CFF)技术镶嵌在热塑性塑料中。而运用这种方法的打印机在打印时,通过FFF挤出的热塑性塑料内的第二个印刷喷嘴铺设连续的高强度纤维(例如碳纤维,玻璃纤维或Kevlar)。从而使得增强纤维形成印刷零件的“主干”,产生坚硬,牢固跟耐用的效果。

连续碳纤维不只增加了强度,并且还允许用户在需要更高耐用性的区域中选择性地加固。因为关键流程的FFF性质,您能够选择逐层基础地在何处进行强化。在每层中,有两种增强方法:同心跟各向同性。同心填充加强了每层(内部跟外部)的外边界,并通过用户定义的循环数延伸到零件中。各向同性填充在每层上形成单向复合增强,而且能够通过改变层上的加固方一直模拟碳纤维编织。总的来讲,这些强化策略使航空航天,汽车跟制造等行业可以以新的方式将复合材料集成到其工作流程中。打印零件能够作为工具跟夹具(这些都要求连续的碳纤维能够有效地模拟金属性能。),如手臂末端的工具,软颚,跟CMM固定物

当今,增材制造领域已经呈爆发式发展,一些打印机给予了碳纤维打印的能力。可是,您最好注意一下您所购买的复合材料以及每一种纤维已经开放的应用。除非它指明它是连续的碳纤维,否则这种材料几乎确认是由切碎的碳纤维增强长丝组成的。虽然两者都给予独立的价值,但可以同时打印两者是满足您所有应用需求的最佳方式


关键词:碳纤维,塑料,纤维,打印技术,复合材料,树脂,打印机,3D打印,尼龙,ABS

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