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    最新技术:碳纤维3D打印,第四部分

    2020-01-20来源:中国3D打印网

      在本系列的第一,第二和第三部分中,我们讨论了复合材料3D打印中发生的各种技术发展,但尚未涵盖所使用的材料。与碳纤维一起使用的基体材料与增强材料本身一样重要。在本节中,我们将探讨迄今为止在碳纤维3D打印中使用的基质聚合物。我们还将介绍其他一些代替碳纤维的增强材料。

      短纤维填充长丝

      在增材制造(AM)之外,可以用纤维材料增强的基质聚合物的范围扩展色域,包括许多环氧,聚酯,尼龙和乙烯基配方。但是,在3D打印中,将根据给定的增材制造技术的参数来处理所开发的每种新材料。对于填充有短切碳纤维的3D打印长丝,使用的基质材料种类繁多,从ABS和PLA到聚碳酸酯和PEEK。实际上,FFF 3D打印中的碳纤维复合长丝类型与热塑性类型几乎一样多。

      然而,在短切的填充碳纤维的长丝之外,基质材料受到更多限制。而且,尽管正在开发更多产品,但连续加固3D打印公司使用的两种主要基质聚合物是尼龙和PAEK的变体。

      尼龙(聚酰胺)

      许多关注连续碳纤维3D打印技术的有趣初创公司都使用尼龙6或尼龙12作为基质材料。尼龙是第一种在商业上成功的合成聚合物,是一种由原油衍生的丝般柔韧的材料。在用于牙刷中的硬毛之后,这种塑料在第二次世界大战期间被用于制造降落伞,防弹衣,绳索和头盔衬里时得到了广泛应用。

      尼龙纤维的扫描电子显微镜图像。图片由CSIRO提供。

      尼龙以其耐冲击,耐磨和耐化学性以及柔韧性,耐用性和尺寸稳定性而著称。它也具有吸湿性,这意味着它容易吸收水分,这会对上述特性产生负面影响。在AM和其他地方,您可能会遇到尼龙的不同变体,包括6 / 6、6、6 / 12、11和12。到目前为止,在碳纤维3D打印中,只有6和12可以买到。尼龙6具有与尼龙12相似的硬度,抗张强度和耐磨性。尼龙12具有较低的吸湿性,良好的耐化学性并且可以接受高填充量的填充材料。尼龙12的熔点也最低。

      PAEK家族

      半结晶聚合物的聚芳基醚酮(PAEK)系列代表3D打印中塑料的金标准。这些家族成员必须具有良好的基因,因为它们都具有很高的机械强度,耐高温和耐化学性以及低易燃性。该组材料还显示出高介电强度和导热性。

      用碳纤维增强的PEEK打印的3D CNC夹具。图片由Desktop Metal提供。

      据小编了解,使用PAEK塑料进行打印必须具有极高的挤出温度,并且必须有一个封闭的加热室才能保持适当的层间粘合力。提供使用PAEK聚合物增强3D打印的公司的重点是PEEK和PEKK。但是,值得一提的是它们的低成本表亲聚醚酰亚胺(PEI),以商标ULTEM更为人所知,只是因为它是整个AM的重要聚合物。尽管PEKK具有与上述PEEK相同的所有特性,但PEKK表现出更大的抗压强度,并且比其醚外倾向的同胞具有更大的加工参数。可以在比PEEK更低的温度下打印,并具有更好的层粘附性。 PEI比其表亲更弱,耐热性更差,但价格更便宜。

      尽管复合3D打印公司尚未提供PEI,但由于Stratasys广泛实施,其价格较低且已经具有与之相关的航空标准,因此PEI不会出现这种情况。

      碳纤维替代品

      玄武岩纤维。图片由Technobasalt提供。

      玻璃纤维:玻璃纤维是碳纤维的低成本替代品。尽管不那么坚硬,但它本身比塑料更坚硬,并显示出高电绝缘性能和良好的耐热性。

      玄武岩:玄武岩是从火山岩中生出来的,在成本方面可与玻璃纤维媲美,但比最常见的玻璃纤维E玻璃更坚固。

      芳纶纤维:虽然比本系列中讨论的其他增强纤维价格昂贵,但芳纶纤维(以商品名Kevlar可能更熟悉)密度较小,因此比其他材料轻。

      陶瓷:陶瓷可以显示出高强度,刚度,温度稳定性和耐用性。

      点评:总有新材料在开发中,我们在本系列中提到的一些公司以前已经讨论过他们正在探索的一些材料。因此,我们肯定会看到此列表的扩大。在本系列的下一部分中,我们将研究纤维增强3D打印的应用。

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