FDM工艺参数对聚乳酸/石墨烯复合材料制件弯曲性能的影响

为了提高聚乳酸(PLA)复合材料3D打印制件的性能,采用三因素三水平正交试验设计,研究了用熔融沉积成型(FDM)工艺3D打印PLA/石墨烯复合材料制件过程中,打印层高、填充密度以及构建取向对制件弯曲性能的影响。结果表明,石墨烯对PLA/石墨烯复合材料制件有较好增强效果,各试验参数对3D打印PLA/石墨烯复合材料制件弯曲强度的影响大小顺序为：构建取向>填充密度>层高,且当构建取向为侧立方式,填充密度为80%,层高为0.2 mm时,制件具有最佳的弯曲强度;对复合材料制件弯曲弹性模量的影响大小依次为：填充密度>层高>构建取向,且当构建取向为侧立,填充密度为80%,层高为0.1 mm时,制件具有最佳的弯曲弹性模量。     

3D打印玻璃纤维增强聚乳酸性能评估

以玻璃纤维增强聚乳酸为例,通过先双螺杆共混造粒后单螺杆挤出的方法,制备(1.75±0.05) mm线径规格的线材,然后利用3D打印工艺制得玻纤增强聚乳酸制件。采用质量分数30%磨碎玻纤增强聚乳酸线材,根据打印工艺参数对打印制件力学性能与表面光滑度的影响程度,对比了打印路径、打印温度及打印速度对制件的影响。结果表明,当打印路径为0°方向,打印温度为220℃及打印速度为60 mm/s时,出料顺畅,制件黏结牢固且表面光滑。在上述打印工艺参数下,研究了玻纤含量及玻纤保留长度对制件力学性能及形貌的影响。结果表明,当玻纤质量分数为20%时,制件的拉伸及弯曲性能达到最佳,打印顺畅,制件表面光滑平整,在相同的玻纤含量下,选择短切玻纤(保留长度367μm)时打印制件的拉伸强度及弯曲强度分别为68.42 MPa和93.29 MPa。     

连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印工艺及性能研究

针对连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料3D打印成型工艺的技术难题,本文提出了浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方案,实现了连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印成型,并研究浸渍温度对酚醛树脂接触角与表面张力,以及打印工艺对样件形貌和力学性能的影响规律。结果表明:当浸渍温度为40 ℃,预固化温度为180 ℃时,纤维-树脂界面结合效果最佳,原料具备成型条件;当打印间距为0.5 mm时,样件的弯曲强度及模量达到最大值,分别为660.00 MPa和57.99 GPa,层间剪切强度达到20.14 MPa。此连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料一体化制备工艺解决了3D打印热固性树脂原位成型难的问题,为制备具有复杂结构的连续纤维增强热固性树脂复合材料提供了参考。     

填充结构对熔融沉积3D打印制件拉伸性能的影响

为提高熔融沉积3D打印制件的拉伸性能，通过熔融沉积3D打印工艺制作哑铃型试样，探究填充结构对3D打印制件拉伸性能的影响。结果表明，根据平面线型及空间特征，熔融沉积3D打印制件的填充结构分为三类：平行线型填充、立体单元型填充和网格线型填充；其中，平行线型填充结构中与拉伸方向一致的填充线条(丝材本体)数量影响了3D打印制件的拉伸性能，填充线条数量越多，制件的强度和刚度越大；立体单元型填充结构中的立体单元数量影响了3D打印制件的拉伸性能，立体单元的数量越多，制件的强度和刚度越大；网格线型填充结构中的网格密度影响了3D打印制件的拉伸性能，网格密度越大，制件的强度和刚度越大；相同工艺参数条件下，平行线型填充结构的比强度和比刚度最大，拉伸性能最强，立体单元型填充结构的拉伸性能次之，网格线型填充结构的拉伸性能最弱。     

基于锥形螺杆挤出单元的熔融沉积成型3D打印机及实验研究

研制了一种基于锥形螺杆挤出单元的桌面式熔融沉积成型（FDM）3D打印机,采用锥形螺杆塑化聚合物并挤出丝条,配合沉积平台的运动打印制品。使用聚乳酸（PLA）、 高密度聚乙烯（PE-HD）材料对设备挤丝性能进行了研究,并研究了打印参数包括电机脉冲频率、走丝间距、层厚等对 PLA 拉伸样条性能的影响。结果表明,自制锥形螺杆挤出式 FDM 打印机具有较好的打印效果,合适的电机脉冲频率、走丝间距、层厚等工艺参数可以使打印制件获得较好的表观质量和强度,而较大的走丝间距使制件的拉伸强度下降了约20 %。     

重熔工艺对PLA 3D打印制件力学性能及表面质量的影响

提出了一种可以提升聚乳酸3D打印制件力学性能及表面质量的后处理方法，即利用氯化钠纯粉作为模具介质的重熔工艺。通过差示扫描量热法分析、扫描电子显微镜观察、粗糙度测试等对制件性能及形貌进行分析与表征。结果表明：重熔工艺中，相同温度条件下，制件的力学性能与重熔时间无线性关系，需采用多种组合方式进行测试得到最佳重熔参数，即重熔温度为200℃，重熔时间为30 min时，样件拉伸强度为47.9 MPa，冲击强度为34kJ/m²，表面由层纹状变为细小颗粒状，拉伸断面平整光滑，表面粗糙度为10.77μm。     

连续玻璃纤维增强PLA复合材料3D打印技术研究

以聚乳酸(PLA)为基体,连续玻璃纤维为增强体,采用熔融浸渍工艺制备连续玻璃纤维预浸丝,将制得的预浸丝作为3D打印耗材用于熔融沉积(FDM)的3D技术来制备连续玻璃纤维增强PLA复合材料试样,并研究了打印温度、层厚和打印速度对复合材料力学性能的影响。结果表明,当打印层厚为0. 5 mm,打印温度为230℃,打印速度为2 mm/s时,连续玻璃纤维增强PLA复合材料的弯曲性能最佳,弯曲强度和弯曲模量分别为327. 84 MPa和20. 293 GPa。综合考虑复合材料的力学性能、表面质量和尺寸稳定性,连续玻璃纤维增强PLA复合材料的最佳打印层厚为0. 5 mm,适宜的打印温度范围为200~220℃,打印速度范围为2~4 mm/s。     

选择性激光烧结聚苯乙烯/玻璃纤维制件的工艺研究

将聚苯乙烯(PS)粉与玻璃纤维(GF)粉通过机械混合制备复合粉料,利用选择性激光烧结技术制备了PS/GF烧结制件,在激光功率25 W、预热温度75℃下研究了扫描速度、单层厚度和扫描间距对PS/GF制件弯曲强度和Z向尺寸的影响,并对工艺参数进行了正交优化。结果表明,在实验取值范围内,随上述3种工艺参数值的增大,制件弯曲强度呈降低趋势,而Z向尺寸相对误差由正值逐渐向负值发展。正交试验结果表明,扫描速度对制件的弯曲强度和尺寸精度影响最大,扫描间距影响次之,单层厚度影响最小;确定了扫描速度1 200 mm/s、单层厚度0.25 mm、扫描间距0.28 mm为最佳工艺参数,此时制件弯曲强度为10.41 MPa,Z向尺寸相对误差为2.35%,基本满足制件的应用要求。     

3D打印工艺对木粉/聚乳酸材料性能的影响

采用熔融沉积法(FDM)3D打印工艺制作木粉(WF)与聚乳酸(PLA)质量比为3：100的WF/PLA复合材料,研究了打印工艺参数对WF/PLA复合材料力学性能的影响,确定了最佳打印工艺条件,然后,在最佳条件下,打印WF与PLA质量比为11：100的WF/PLA复合材料,并且,将该材料的性能与FDM 3D打印PLA试样进行了对比。结果表明,当打印层厚度为0.1 mm、打印温度为220℃、打印速度为50 mm/s、填充密度为100%、沉积角度为0时,WF/PLA复合材料的力学性能最佳。在该工艺条件下,WF与PLA质量比为11：100的WF/PLA复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为纯PLA的89.61%、97.56%、82.86%、92.40%和95.04%,与纯PLA相比,复合材料的表面润湿性能较好,吸水率显著增大。     

连续纤维增强PEEK增材制造力学性能与成型质量优化

针对连续纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料增材制造中的界面结合差、制件精度不高等技术瓶颈,基于多热力场耦合作用下的连续纤维增材制造成型工艺,实现了典型样件的3D打印制备.基于正交实验设计,并通过微观形貌表征和力学性能测试,探究了喷头温度、打印速度和分层厚度对打印制件的表面粗糙度和弯曲性能的影响规律,获得连续纤维增强P...     

3D打印碳纤维增强PLA试件的力学性能分析

以300目短切碳纤维(CF)和聚乳酸(PLA)为实验原料,分别配制CF质量分数为5%、10%、15%和20%的CF/PLA混合料,再经双螺杆挤出机挤出造粒后得到CF/PLA复合材料。分别以纯PLA和不同组分的CF/PLA复合材料为实验材料,在粒料3D打印机上制备抗拉伸、压缩、弯曲和冲击试样,并做力学性能测试。实验结果表明,随着CF含量的增加,材料最大拉伸强度呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的平均拉伸强度最大,为48.45 MPa。材料的平均弯曲和压缩强度随CF含量的增加均呈先减小后增大再减小的趋势,且无CF填充时,二者的强度值最大,分别为114.77 MPa和103.94 MPa。材料的抗冲击强度随着CF含量的增大呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的抗冲击强度最大,为14.49 kJ/m~2。     

基于正交试验的PETG/ABS复合制件熔融沉积成型工艺参数的优化

为了缩短熔融沉积成型(FDM)工艺的成型时间并改善产品的力学性能,采用FDM工艺方法对聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己二甲醇酯(PETG)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)两种线材进行3D打印,以成型时间、拉伸强度和拉伸弹性模量为优化指标,设计了基于正交试验法的三因素(打印速度、分层厚度、填充率)四水平的工艺参数优化方案。结果表明:PETG/ABS复合制件最优力学性能的参数组合是A4B1C3,即打印速度为30 mm/s、分层厚度为0.1 mm、填充率为75%。验证试验表明,拉伸强度为44.73 MPa、弹性模量为758.12 MPa、成型时间为113 min,优化参数后明显改善了力学性能,对双材料打印制品的生产具有一定的指导意义。     

CF/ABS的3D打印与TPU注射复合成型技术

采用3D打印制备CF/ABS试样，置于在模具内进行TPU注塑成型，形成注塑层全包裹或半包裹3D打印层的复合结构。结果表明，与全包裹的芯壳结构相比，半包裹的上下叠层结构更稳定，成型过程更容易控制，成型质量更高。其拉伸强度和断裂伸长率分别为16.47 MPa和464%,与全包裹式相比，分别提高了18%和40%。3D打印与注塑复合成型的上下叠层制件表面平整，3D打印层与注塑层层间粘接效果较好，拉伸前未出现分层现象。     

气相沉积CF改性PS的选择性激光烧结

由于普通碳纤维(CF)对聚苯乙烯(PS)烧结件弯曲强度的改善有限,在前期理论及实验基础上,对CF材料做气相沉积处理,制备PS/CF复合材料,再进行选择性激光烧结(SLS)实验,验证其增强效果;然后,改变经气相沉积法处理的CF与PS的配比,分析CF含量对制件强度及精度的影响;最后结合扫描电子显微镜(SEM)观察烧结件断面内部结构并进行分析。结果表明,经气相沉积处理的CF含量为10%时复合材料的弯曲强度较高,达10.17 MPa,比纯PS制件提高约76.3%。微观形貌SEM显示,随着CF含量的增加,孔隙量增加,从而导致SLS烧结件的强度降低。     

碳纤维增强尼龙66复合材料的制备及性能

采用双螺杆挤出机熔融共混法制备了碳纤维(CF)增强尼龙66复合材料(PA66/CF),对其结构进行了表征,并研究了其力学性能。扫描电镜照片显示,在PA66/CF复合材料中,CF与PA66基体充分粘结在一起,其微观形貌表明,体系中碳纤长度为0.5~0.7 mm。力学性能测试发现,与尼龙66相比,PA66/CF复合材料各项力学性能指标均有大幅度提高。当加入4束碳纤维时,PA66/CF复合材料力学性能最佳,该复合材料的拉伸强度为200.2 MPa,与PA66相比提高了113.2 MPa;弯曲强度为280.2 MPa,比PA66提高了190.3 MPa;弯曲模量为13560.8 MPa,比PA66提高了10628.7 MPa;冲击强度为14.8 kJ/m^2,比与PA66提高了6.3 kJ/m^2。该PA66/CF复合材料密度较小、力学性能优良,可以广泛应用于风电叶片、发动机罩盖、仪表盘、车尾门等产品当中。     

3D打印连续碳纤维增强热塑性复合材料弯曲性能研究

以聚乳酸(PLA)为热塑性基体材料、连续碳纤维(CF)为增强材料,设计了可打印连续碳纤维增强热塑性复合材料(CCFRP)的新型打印头,探究打印层高和相对挤出率对连续碳纤维增强聚乳酸复合材料(PLA/CF)弯曲性能及弯曲破坏形式的影响。结果表明:当打印层高为0.8 mm、相对挤出率为0.5时,PLA/CF复合材料的弯曲性能最佳,弯曲强度和弯曲模量分别达到127.09 MPa和5.55 GPa,比纯PLA分别提高了82.1%和144.4%;另外,材料的主要弯曲破坏形式为塑性变形、层离以及CF与PLA脱离。     

PEEK/CGF复合材料增材制造综合力学性能优化

为提升连续玻璃纤维(CGF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料增材制造样件综合力学性能,优化增材制造基础工艺参数,基于正交试验与单因素试验设计,通过力学性能测试,探究了喷头温度、平台温度、打印速度、层厚等工艺参数对综合样件力学性能的影响,获得PEEK/CGF增材制造成型工艺优化参数,进一步探究了重点工艺参数对PEEK/CGF样件力学性能的影响规律。结果表明,层厚与喷头温度对样件的综合力学性能具有显著影响,最优工艺参数组合为喷头温度440℃,平台温度160℃,打印速度2 mm/s,层厚0.35 mm。随喷头温度的增加,样件的综合力学性能先增大后减小,在440℃达到最大值;随层厚的减小,样件的力学性能逐渐增大,层厚为0.35 mm时样件的力学性能达到最大值。经试验验证,在最优工艺参数组合下样件综合力学性能达到最优,样件弯曲强度为351.59 MPa,层间剪切强度为34.96 MPa,拉伸强度为383.75 MPa。     

后处理工艺及工作环境对面曝光快速成型制件性能的影响

为了研究后处理工艺与工作环境对面曝光增材制造零件性能的影响,按照国家标准设计了测试件,通过对采用不同后处理方式的制件进行拉伸和弯曲实验,研究了不同后处理方式以及所取工艺参数对制件性能的影响。结果表明,热处理对制件的拉伸和弯曲性能有很大的提升,在60℃的温度,3 h后拉伸强度由56. 9 MPa提升到了62. 7MPa,强度提升了10. 19%,弯曲强度由77. 6 MPa提升到了93. 1 MPa,强度提升了19. 97%;后固化对制件拉伸性能没有明显影响,后固化20 min时,弯曲强度由77. 6 MPa提升到了95. 7 MPa,强度提升了23. 32%;在水下工作环境中,随着时间的增长,弯曲性能基本不变,拉伸性能逐渐降低,泡水24 h后,拉伸强度从56. 9 MPa降低到47. 9MPa,降幅达到15. 82%。     

3D打印用聚乳酸/松木粉/纳米二氧化硅木塑复合材料性能研究

以化学改性松木粉(PWF)为增强材料、聚乳酸(PLA)为基体,同时添加少量纳米二氧化硅(nano-SiO_2),通过熔融挤出制备了适用于熔融沉积成型(FDM)3D打印技术的木塑复合材料,并对该木塑复合材料的力学性能和3D打印性能进行了研究。结果表明:添加nano-SiO_2可以显著提高木塑复合材料的力学性能,随着nanoSiO_2用量的增加,PLA/PWF/nano-SiO_2木塑复合材料的各项力学性能均呈现逐渐上升的趋势,且在nanoSiO_2用量为5%时达到最佳。PWF用量对PLA/PWF/nano-SiO_2木塑复合材料各项力学性能的影响呈现先上升后下降的趋势,且材料性能在PWF用量为15%时达到最佳,此时弯曲强度为101.6 MPa、弯曲模量为4 652 MPa、拉伸强度为92.81 MPa、拉伸模量为3 845 MPa、冲击强度为4.31 kJ/m~2,相对于PLA/PWF木塑复合材料均提高了50%以上。该PLA/PWF/nano-SiO_2木塑复合材料可应用于FDM型3D打印,具有良好的打印性能。     

VARI工艺制备碳纤维/环氧树脂复合材料的耐腐蚀性能及断口形貌分析

研究了用真空辅助树脂灌注（VARI）成型工艺制备碳纤维复合材料的耐腐蚀性能，并对采用VARI工艺制备的碳纤维复合材料制件进行了断口形貌分析。结果表明：碳纤维树脂基复合材料的拉伸强度是395.93 MPa，弯曲强度是568.44 MPa，模拟海水中浸泡70天后拉伸性能和弯曲性能的保持率仍能保持在80%以上；腐蚀前环氧树脂与碳纤维编织布总体浸润充分，拉拔孔洞少，腐蚀后树脂对纤维包裹性变差，孔洞变多，但仍保持材料的大部分优良性能。