短碳纤维增强聚酰胺的研究以及两种制造工艺的比较

核心提示：西班牙的研究人员在发布的短碳纤维增强聚酰胺的研究以及两种制造工艺的比较：熔融沉积建模（FDM）和聚合物注射成型（PIM）表西班牙的研究人员在发布的“短碳纤维增强聚酰胺的研究以及两种制造工艺的比较：熔融沉积建模（FDM）和聚合物注射成型（PIM）”表示正在研究采用不同技术的更有效3D打印材料。   FDM 3D打印对于各个级别的用户来说都是极为普遍的数字制造方式，这得益于价格合理和可访问性。FDM 3D打印提供为当今许多不同应用（从医学到生物打印，汽车和航空航天）创建复杂结构的方法。 选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔化（SLM）也是当今制造中的首选方法，尽管研究人员指出FDM 3D打印技术“更先进”，有以下几种常见的聚合物丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）   聚乳酸（PLA）   聚乙烯醇（PVA）   聚酰胺（PA）   聚醚醚酮（PEEK）   较差的机械性能是一个持续存在的问题，这与变化的参数，粘附性问题以及不合适的材料有关。 复合材料通常用作解决方案，在许多不同的项目中，使用添加剂构成了新材料，例如青铜PLA，复合水凝胶和多种金属。碳和玻璃是用于增强聚合物基体的常见添加剂，但研究人员指出，它们尚未成为全面研究的主题。   CarbonXTM CRF- Nylon与Ultimaker 2 Extended +一起使用来制作样品，该样品由Autodesk Inventor设计，并由Cura 3.5.1切片。
   
注入的和不同图案的印刷样品外观的立体显微镜图像（×1.25）。   我们比较3D打印和注塑成型能力，首先评估纤维长度。
   

在原材料、注入和印刷样品中纤维长度分布的结果(A)和在显微镜下使用400测量纤维直径的结果(B)。   “通过等式（1）获得的临界长度为Lc = 253μm。 因此，由于基体内的纤维长度短于临界理论值，因此其增强作用将低于纤维长度大于临界理论值，特别是在拉伸试验中。”“然而，在两种加工工艺后，纤维的长度都比临界长度长;也就是3d打印和注塑。因此，增强作用会发生，但程度较低，且仅由纤维引起。”   无论评估起点还是终点，结果都没有显示出结晶峰的变化。

 
  用差示扫描量热法(DSC)分析不同盖板温度下的样品，分析了热环境对结晶度的影响。原料的DSC分析如(A)所示，顶部的部分如(B)所示，底部的部分如(C)所示。  
在弯曲测试中放置样品，并根据打印位置标记（顶部和底部）

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比较60％和100％填充零件时发现“明显差异”，填充密度对机械参数有明显影响。   拉伸试验。得到了注射和3D打印样品的杨氏模量、屈服强度和拉伸强度的结果。   “与拉伸测试相比，压缩测试显示3D打印零件和IM零件的行为更相似（仅提高4％），印刷样品比IM零件具有更高的刚度值”研究人员总结说。“其他研究人员还没有报道过这种现象。在这种情况下，模式的选择是一个决定性因素，因为使用非单向模式制造的材料会出现应变硬化效应，但不会达到效果。”   “拉伸和压缩测试之间的比较表明，无论制造工艺如何，这种增强聚酰胺在压缩和拉伸载荷下的性能都不相同。 因此，如先前在文献中所报道的那样，分析针对哪些零件进行设计的应用至关重要。 这些成果是对现有文献的新贡献。”
   

拉伸试样的断口形貌：（A）600倍注模； （B）注塑1000×; （C）3D打印单向0°600×; （D）3D打印±45°600×。  

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