3D打印PEI成型工艺对制品力学性能的影响

聚醚酰亚胺(PEI)具有优良的力学性能、耐辐照性能、耐高低温及耐磨性能,是工业领域不可或缺的重要材料之一。采用熔融沉积成型(FDM)技术,可用来构建具有复杂几何形状的功能部件。不同的成型工艺参数对零件的力学性能具有较大的影响。研究了3D熔融沉积成型中PEI的填充路径、填充率、成型件放置角度和喷嘴孔径对制品拉伸强度和断裂伸长率的影响,得到了具有最佳力学性能的打印工艺。结果表明,当填充方向为±45°时,试样的拉伸强度最大,为99.4 MPa;当填充方向为0°时,断裂伸长率最大,为15.3%;当填充方向为90°时,试样拉伸强度和断裂伸长率最小,分别为80.2 MPa和12.4%。且不同的放置角度对试样拉伸强度和断裂伸长率影响较大;试样的拉伸强度和断裂伸长率随着喷嘴孔径的增大而减小,当喷嘴孔径为0.4 mm时,其值最大。     

3D打印参数对聚乳酸试样拉伸性能的影响

研究了三维(3D)打印关键工艺参数(填充密度、打印层高、打印壁厚和打印温度)对聚乳酸(PLA)试样拉伸强度和断裂伸长率的影响。结果表明,随填充密度的增大,试样的拉伸强度及断裂伸长率均呈增大趋势,但当填充密度为100%时,试件结构由空间网状结构转变为实体结构,造成断裂伸长率下降;随着打印层高的增加,试样拉伸强度降低,但断裂伸长率增加;随打印壁厚的增加,试样的拉伸强度以及断裂伸长率均呈现增加的趋势,但当打印壁厚为1.6mm时,试件断面以实体结构为主,造成断裂伸长率下降;PLA材质打印材料在210~220℃范围内获得的试件拉伸性能最好。     

3D打印连续芳纶纤维/聚乳酸波纹夹层结构复合材料的压缩性能研究

以连续芳纶纤维(Kevlar)为增强体,热塑性聚乳酸(PLA)为基体,采用熔融沉积成型(FDM)工艺,设计并制备了一体成型的Kevlar/PLA波纹夹层结构复合材料。研究了Kevlar/PLA波纹夹层结构复合材料在压缩载荷下的断裂模式,分析了结构参数、工艺参数对试样的压缩性能和结构密度的影响。结果表明,随着芯层波纹数量的增加,试样的压缩性能与结构密度均呈增大趋势;随着芯层波纹高度的增大,试样的压缩强度先增大后减小,结构密度不断减小;随着打印层高的增大,试样中的纤维体积含量不断减少,试样的压缩强度略有下降。     

FDM工艺成型参数对软材料TPU制品力学性能的影响

用挤出机将TPU粒料挤出成型线材,经结构改进后的3D打印机将TPU线材打印成测试试样,通过正交实验方法,研究了填充率、平台温度、喷嘴温度对TPU制品的拉伸强度、断裂伸长率以及动态热力学性能的影响,并与同种材料的模压试样进行对比。结果表明:填充率、平台温度和喷嘴温度对试样力学性能具有明显的影响,其中,影响程度为喷嘴温度填充率平台温度;当填充率为75%、平台温度为50°和喷嘴温度为220℃时,TPU制品的力学性能最佳,拉伸强度为23. 04MPa,断裂伸长率为956. 02%,分别为模压试样的75. 12%和82. 01%,邵氏A硬度为84。因此,填充率、平台温度和喷嘴温度等影响TPU制品的力学性能,合理设置成型参数能获得接近模压制品的力学性能。     

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。     

打印方式对熔融沉积(FDM)产品力学性能的影响

通过挤出成型制备聚乳酸线材,采用熔融沉积方法制备标准样条,研究层积角度、打印层厚度和填充密度对打印产品的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和表面形貌等性能的影响。研究结果表明:产品打印时的沉积角度为0°打印的产品,其力学性能比沉积角度为45°的低;打印层厚度为0.2 mm产品的力学性能略高于层厚为0.1 mm的产品;打印产品的弯曲强度和冲击强度随着填充密度的增加而增加。     

聚己内酯/纳米羟基磷灰石复合材料的3D打印及性能

以纳米羟基磷灰石(nano-HA)和聚己内酯(PCL)为原料,通过熔融共混方式制备不同nano-HA含量的PCL/nano-HA复合材料。采用熔体微分3D打印机打印PCL/nano-HA复合材料测试试样,测试其力学性能,并通过差示扫描量热仪和X射线衍射仪进行了分析。结果表明:随着nano-HA质量分数的增加,PCL/nano-HA复合材料3D打印试样的拉伸强度和弯曲强度均呈现先增大后减小的趋势,而压缩强度一直增大,结晶性能变好;当nanoHA质量分数为20%时,3D打印试样的拉伸强度和弯曲强度均达到最大值,分别为23.3MPa和21.4MPa;当压缩应变为10%时,nano-HA质量分数为40%的PCL/nano-HA复合材料试样的压缩应力为最大值,为31.4MPa。PCL/nano-HA复合材料打印试样中只含nano-HA和PCL两种相,有利于其保持良好的生物活性,有望在生物组织支架中得到应用。     

FDM 快速成型工艺对成型件力学性能的影响

基于熔融沉积成型(FDM)技术,研究了不同材料、成型件放置角度和喷嘴型号对成型件力学性能的影响,得到具有最佳力学性能的打印工艺。分别以美国Stratasys公司生产的ABS-M30、PPSF和Ultem 9085打印材料为研究对象,采用常规填充方式,以xy平面为基准面,0°~90°范围内分别设置不同放置角度打印并测试其力学性能。结果表明,45°角放置样件的拉伸和冲击强度最佳;随着放置角度的增加,样件弯曲强度也随之增大;采用相同放置方式成型测试样件,T16喷嘴打印成型件较T12喷嘴打印成型件的力学性能更佳。     

不同填充率下FDM 3D打印预制件建模及力学性能分析

以拉伸、压缩、弯曲、扭转4种受载情况下的熔融沉积型三维（FDM 3D）打印预制件为研究对象,以填充率、填充单元结构类型为分析参数,通过确定3D打印预制件填充率的影响因素,建立了填充率与格子形填充单元几何参数的通用解析式,据此构建不同填充率下3D打印预制件的三维几何模型;然后对不同受载类型3D打印预制件进行有限元仿真分析,明确填充率对不同载荷工况下3D打印预制件力学特性的影响规律。仿真和实验结果表明,填充率对3D打印预制件所受拉伸应力、压缩应力、弯曲应力均有较大影响,而扭转情况下影响较小,据此进一步确定了一定受载情况下3D打印预制件的较优填充率;基于本文提出的不同填充率下预制件三维模型建立方法,可有效实现对预制件的力学性能仿真分析,对减少产品试验验证次数、降低研发成本具有积极作用。     

轻质环氧复合材料的制备与性能研究

制备了一种以空心玻璃微珠为填充材料的轻质环氧复合材料,确定了材料的固化工艺,并对不同型号的空心玻璃微珠进行了筛选.研究了玻璃微珠填充量对材料密度及力学性能的影响.研究发现,复合材料的密度随空心玻璃微珠填充量的加大呈现先降低后略有升高的趋势;拉伸强度和压缩强度均随填充量的增加而减小;拉伸弹性模量和压缩弹性模量随着填充量提...     

熔融沉积成型打印参数对试样力学性能的影响

采用熔融沉积成型技术,研究了不同打印平面和打印角度对成型试样力学性能的影响。以聚乳酸(PLA)耗材为打印原料,用Makerbot打印机分别以试样局部坐标系下的xy和yz平面作为打印平面,改变试样的摆放角度,制备了多组成型试样,测试并分析了其力学性能。结果表明:与打印角度相比,打印平面对试样力学性能的影响更大;以yz平面为打印平面,试样的力学性能更高;在各组试样中,以yz平面为打印平面、以45°为打印角度时试样的力学性能最佳;以xy平面为打印平面时试样的力学性能符合材料力学中的单层板刚度和强度理论,该理论可以用来指导实际的制备生产。     

膨胀石墨填充硬质聚氨酯泡沫塑料的研究

对膨胀石墨(EG)填充硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)泡孔结构和填料分散情况进行了分析，研究了EG对RPUF的微观结构形态、泡孔平均直径和泡孔直径分布的影响；同时研究了EG对RPUF的压缩力学性能和电学性能的影响，并分析其压缩破坏的机理。结果表明：EG使RPUF泡孔平均直径减小，泡孔尺寸分布减小，EG在反应体系中充当泡孔成核剂，石墨片层间距离小，并未形成插层复合结构。随EG用量的增加，RPUF的压缩强度和压缩模量轻微下降。不同膨胀倍率的EG对其压缩强度和压缩模量没有影响；EG填充RPUF的体积电阻没有变化，对其导电性能没有影响。     

芳纶增强复合材料波纹夹层3D打印与力学性能研究

为解决波纹夹层结构传统制备方法存在的问题,采用熔融沉积(FDM)3D打印技术制备芳纶增强聚乳酸复合材料波纹夹层结构,并研究切片层高与打印温度对波纹夹层结构力学性能的影响。结果表明:当试样的切片层高为0.1 mm,打印温度为210℃时,复合材料波纹夹层结构的力学性能最好;试样的弯曲强度和冲击强度与切片层高呈负相关;随着打印温度的升高,试样的弯曲强度和冲击强度呈现先增大后减小的趋势。通过分析复合材料电镜图发现,切片层高的降低,有利于芳纶与聚乳酸基体的结合。     

牺牲模板法制备PCL支架及性能研究

使用3D打印机制备不同参数的聚乙烯醇(PVA)模板,结合牺牲模板技术制备聚己内酯(PCL)支架,研究模板参数孔隙率和压缩强度的影响。结果表明:支架具有超过95%的孔隙率,堆叠角度、打印层厚对支架的孔隙率影响不大,但是随填充密度的增加,孔隙率略有降低。力学性能方面,随着填充密度的升高、打印层厚的降低,支架的压缩强度提高;相同填充密度、打印层厚下,0°/90°堆叠有最高的力学强度,0°/45°/90°/135°次之,0°/60°/120°强度最差。     

3D打印条件对可降解聚乳酸力学性能的影响

采用3D打印方式制备降解左旋聚乳酸（PLLA）样品,通过冲击及拉伸试验研究不同打印条件对样品冲击强度、拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率的影响。结果表明,随着打印填充密度的增加,样品的冲击强度、拉伸强度及拉伸模量增大,断裂伸长率先增后减;随着打印速度的增加,样品的拉伸强度和拉伸模量增大,冲击强度及断裂伸长率减小;随着打印温度的增加,样品的冲击强度、拉伸强度和拉伸模量增大,断裂伸长率减小;打印填充密度、打印速度、打印温度分别为70 %、100 mm/s、210 ℃时,样品的综合性能最佳。     

3D打印参数对柔性聚乳酸服装面料力学性能的影响

针对熔融沉积成型(FDM) 3D打印技术,以柔性聚乳酸(PLA)为打印材料,探讨了分层厚度、打印速度、打印温度、填充角度以及填充密度对3D打印服装面料力学性能的影响.打印模型的力学性能以拉伸强度和弹性模量为评价标准,采用单因素、正交试验分析法得到最优打印参数.结果 表明:当填充密度为20％、分层厚度为0.3 mm、打印...     

豌豆秸秆粉增强聚乳酸基3D打印材料性能

以聚乳酸(PLA)和不同粒度豌豆秸秆粉(PSP)为原料,利用FDM-3D打印工艺制备了PSP/PLA复合材料。研究了纯PLA及PSP/PLA的密度、力学性能、表面润湿性能及不同温度下的吸水率。结果表明,相比于纯PLA,轻质PSP的添加使得复合材料的密度减小并保持在1. 04 g/cm~3附近; 120目PSP/PLA复合材料的拉伸和弯曲性能最优,拉伸强度和拉伸模量分别是纯PLA打印试样的86. 95%和90. 70%,弯曲性能与纯PLA打印材料相当,弯曲强度与纯PLA打印试样相比仅相差0. 53%;随着PSP粒度的减小,3D打印复合材料的表面接触角逐渐减小,当PSP粒度为200目时,接触角降低至84. 93°,疏水性减弱而亲水性增强;复合材料吸水率高于纯PLA,且比纯PLA更易受温度影响,120目PSP/PLA吸水率最低。     

FDM 3D打印工艺参数对PLA制件力学性能的影响

采用五因素四水平正交试验设计,对16组不同工艺参数(打印层厚、填充密度、打印温度、填充速度、外壳厚度)的FDM 3D打印聚乳酸(PLA)制件力学性能进行了测试和结果分析,确定了影响PLA制件力学性能的主要因素,其中,外壳厚度对制件力学性能影响最为明显,打印温度影响最小,同时分析得到了在打印层厚0.15 mm,填充密度40%,打印温度210℃,填充速度60 mm/s,外壳厚度1.6 mm条件下可获得力学性能最佳的制件。最后对试验数据进行回归分析,拟合得到了FDM打印工艺参数与PLA制件力学性能指标的数学模型;通过对不同打印工艺参数的试样进行试验验证,表明该模型拟合误差小(5%以内),可靠性高,可用来对FDM 3D打印制件的加工提供参考。     

局部增强切片对3D打印FDM模型弯曲强度的影响

为了提高熔融沉积(FDM)3D打印模型的弯曲强度和比强度,通过Cura软件局部增强切片功能对聚乳酸(PLA)试样的中心区域进行了加强,使用FDM工艺制作了8组试样(包含0^#参考组和1^#～7^#增强组),对各组试样进行三点弯曲实验,对比不同增强切片参数下PLA试样的弯曲强度和比强度。结果表明,随着局部增强填充密度的增大,PLA试样的弯曲强度先增大后减小;随着局部增强填充走线乘数的增大,PLA试样的弯曲强度逐渐增大;随着局部增强挤出倍率的增大,PLA试样的弯曲强度逐渐增大;与0^#参考组相比,局部增强填充密度60%、局部增强填充走线乘数3、局部增强挤出倍率120%三种方式下PLA试样的比强度分别提高了16%,13%和5%,通过局部增强填充密度方式产生的比强度提升效果最好。因此,对于常规切片参数为填充密度20%、填充走线乘数1、挤出倍率100%的FDM模型,将局部增强区域填充密度设置为60%可以有效提高其弯曲强度和比强度。     

矿物掺合料对3D打印水泥基材料性能的影响

通过将粉煤灰和硅灰分别以单掺及复掺形式掺入3D打印水泥基材料中,研究其对打印材料工作性能及力学性能的影响.结果 表明:粉煤灰的掺入能够提高打印材料的流动度,但降低其可建造性;而硅灰的掺入效果则相反;不论单掺还是复掺,矿物掺合料的加入均会导致打印材料凝结时间出现不同程度延长;对于力学性能,粉煤灰的掺入会导致打印材料的抗压和抗折强度降低,而硅灰的掺入则会提高其力学性能;通过打印试样与浇筑试样的力学性能对比发现,由于打印工艺缺陷导致相邻打印长丝之间结合欠佳,产生孔隙,使得打印试样的强度低于浇筑试样,尤其对抗压强度影响显著.