短碳纖維增強聚酰胺的研究以及兩種制造工藝的比較

核心提示：西班牙的研究人員在發布的短碳纖維增強聚酰胺的研究以及兩種制造工藝的比較：熔融沉積建模（FDM）和聚合物注射成型（PIM）表西班牙的研究人員在發布的“短碳纖維增強聚酰胺的研究以及兩種制造工藝的比較：熔融沉積建模（FDM）和聚合物注射成型（PIM）”表示正在研究采用不同技術的更有效3D打印材料。   FDM 3D打印對于各個級別的用戶來說都是極為普遍的數字制造方式，這得益于價格合理和可訪問性。FDM 3D打印提供為當今許多不同應用（從醫學到生物打印，汽車和航空航天）創建復雜結構的方法。 選擇性激光燒結（SLS）和選擇性激光熔化（SLM）也是當今制造中的首選方法，盡管研究人員指出FDM 3D打印技術“更先進”，有以下幾種常見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）   較差的機械性能是一個持續存在的問題，這與變化的參數，粘附性問題以及不合適的材料有關。 復合材料通常用作解決方案，在許多不同的項目中，使用添加劑構成了新材料，例如青銅PLA，復合水凝膠和多種金屬。碳和玻璃是用于增強聚合物基體的常見添加劑，但研究人員指出，它們尚未成為全面研究的主題。   CarbonXTM CRF- Nylon與Ultimaker 2 Extended +一起使用來制作樣品，該樣品由Autodesk Inventor設計，并由Cura 3.5.1切片。
   
注入的和不同圖案的印刷樣品外觀的立體顯微鏡圖像（×1.25）。   我們比較3D打印和注塑成型能力，首先評估纖維長度。
   

在原材料、注入和印刷樣品中纖維長度分布的結果(A)和在顯微鏡下使用400測量纖維直徑的結果(B)。   “通過等式（1）獲得的臨界長度為Lc = 253μm。 因此，由于基體內的纖維長度短于臨界理論值，因此其增強作用將低于纖維長度大于臨界理論值，特別是在拉伸試驗中。”“然而，在兩種加工工藝后，纖維的長度都比臨界長度長;也就是3d打印和注塑。因此，增強作用會發生，但程度較低，且僅由纖維引起。”   無論評估起點還是終點，結果都沒有顯示出結晶峰的變化。

 
  用差示掃描量熱法(DSC)分析不同蓋板溫度下的樣品，分析了熱環境對結晶度的影響。原料的DSC分析如(A)所示，頂部的部分如(B)所示，底部的部分如(C)所示。  
在彎曲測試中放置樣品，并根據打印位置標記（頂部和底部）

。 

比較60％和100％填充零件時發現“明顯差異”，填充密度對機械參數有明顯影響。   拉伸試驗。得到了注射和3D打印樣品的楊氏模量、屈服強度和拉伸強度的結果。   “與拉伸測試相比，壓縮測試顯示3D打印零件和IM零件的行為更相似（僅提高4％），印刷樣品比IM零件具有更高的剛度值”研究人員總結說。“其他研究人員還沒有報道過這種現象。在這種情況下，模式的選擇是一個決定性因素，因為使用非單向模式制造的材料會出現應變硬化效應，但不會達到效果。”   “拉伸和壓縮測試之間的比較表明，無論制造工藝如何，這種增強聚酰胺在壓縮和拉伸載荷下的性能都不相同。 因此，如先前在文獻中所報道的那樣，分析針對哪些零件進行設計的應用至關重要。 這些成果是對現有文獻的新貢獻。”
   

拉伸試樣的斷口形貌：（A）600倍注模； （B）注塑1000×; （C）3D打印單向0°600×; （D）3D打印±45°600×。  

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