3d打印机_研究人员yongsan an和woon-ryeol yu通过研究替代材料进行3d打印改进探索，在最近发表的《连续碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料的3d打印》中，讨论了困扰许多工业用户的机械性能的挑战。在本文中，我们一起来看看研究人员是如何利用复合材料改善3d打印力学性能的。
在这项研究中，研究人员在fdm 3d打印中尝试使用连续碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料(smpc)——热塑性塑料和热固性塑料。
【连续纤维增强聚合物复合材料，短纤维增强聚合物复合材料和fdm制备的聚合物基体的力学性能】
研究人员对参数进行了测试，并打印了样品，更多地了解了smp等智能材料的优点和局限性——能够随环境变化，然后又恢复回正常形状。这种类型的材料与4d材料相近，允许用户在各种应用中获得更大的灵活性。研究团队希望随着碳复合材料的加入而改进制造工艺。
研究团队为该研究创建了一个定制的fdm 3d打印机，以制造连续纤维增强的smpc零件。在材料方面，选择了两种不同类型用于评估：pla和聚氨酯型smp长丝(作为热塑性基质)和smp环氧树脂作为热固性基质。然后，该团队将连续碳纤维添加到长丝中进行加固。
【用于(a)热塑性塑料和(b)热固性塑料的连续碳纤维增强聚合物复合材料的3d打印系统的示意图】
他们在打印出待测样品时，试验了温度和打印速度的差异，然后由团队评估机械和形状记忆特性。
【cf和pla复合材料的3d打印。(a)仅pla，(b)直径为1.5毫米的喷嘴，和(c)直径为2毫米的喷嘴】
研究人员在文中写到，“储能模量(g')，损耗模量(g”)和pla的粘度在其熔点附近降低。储能模量以比损耗模量更大的速率降低，使pla具有更多液体性质。因此，pla可以很容易地从温度为180℃的喷嘴中挤出。”
“不含cf的pla长丝从喷嘴平滑地挤出，无论其直径是否大于熔合面积。然而，对于直径为1.5mm的喷嘴，pla基质被挤出，就像螺旋缠绕cf一样。这是因为pla挤出比cf更多，因为cf在挤出过程中没有被拉伸。此外，恶劣的温度和不同的挤出速度导致cf在3d打印过程中失效。另一方面，对于直径为2毫米的喷嘴，pla和cf由于其挤压速度同步而被直接挤出。
这里面存在许多挑战，例如cf未完全涂覆pla。为了更好地优化pla和cf的供应速度以及材料的结构和聚变时间，研究人员创造了一种改进的打印头，他们还增加了日历卷和适当的张力装置。
研究人员表示，与传统3d打印聚合物相比，打印的smpc在纤维方向上的显示出更好的机械性能。
机械性能的强度和稳定性是3d打印中的一个持续挑战，但随着研究人员决心完善从碳晶格到钛的测试，以及检查生物相容性问题的渐进式制造技术的材料和工艺，仍有不断改进的空间。

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