碳纤维复合材料的3D打印对于非金属材料3D打印在工业领域应用具有重要示

3D-udskrivning af kulfiberkompositmaterialer har en vigtig demonstrationseffekt til anvendelse af 3D-udskrivning af ikke-metalliske materialer på det industrielle område. Forskningen om 3D-udskrivning baseret på kulfiberkompositmaterialer har også tiltrukket lærde hjemme og i udlandet. For eksempel er brugen af ​​henholdsvis korte kulfiberfibre og termoplastiske materialer til blandet tryk for at teste virkningen af ​​kulfiberpartikler på træk- og bøjningsegenskaberne ved formningsmodellen med forskellige indhold og forskellige fiberlængder for at opnå en visse områder af kulfiberforstærkede termoplastiske materialer har en signifikant forbedring i mekaniske egenskaber [14-16]. Støbekvaliteten af ​​kulfiberkomposit 3D-printmodeller påvirkes af flere relaterede parametre. Gennem eksperimentel forskning om støbeprocessen af ​​kulfiberkompositter med korte fibre opsummeres flere nøgleparametre, der påvirker kvaliteten af ​​kulfiber 3D-udskrivning: tråddiameter, ekspansion hastighed, grundlæggende hastighed, kulfiberindhold, ekstruderingstemperatur og dysestørrelse. Ved at bestemme det stabile område under multi-parameter betingelser kan kvaliteten af ​​blandet trykning af kulfiber og termoplastiske materialer forbedres. <br>I anvendelsen af ​​kulfiber 3D-trykmaterialer er der startet visse forsøgsforsøg i ind- og udland. På International International Manufacturing Technology Exhibition 2014 i USA brugte Local Motors Motors 3D-printteknologi til at udskrive en bil kaldet Strati. Forruden, bakspejlet, forlygterne og elektroniske komponenter er alle integreret med kulfiberforstærket plast. Blandt dem 13 % ~ 20% er kulfiberforstærkede kompositmaterialer, 80% ~ 87% er ABS-harpiks for at forbedre bilens samlede slagfasthed; det tyske RepRap-firma i München lancerede en 3D-udskrivningstråd Carbon20 i juli 2015, hvoraf indeholdende 20% Kulfiberpartikler, det er velegnet til 3D-udskrivning af industrielle dele med pålidelig stivhed og hårdhed og har egenskaberne med høj dimensionel nøjagtighed, lav forvrængning, lav brudforlængelse, høj temperaturbestandighed og høj viskositet. Kulfiber nylon kompositmateriale til 3D-udskrivning udviklet af det indenlandske Huashu Hi-Tech Company. Dette materiale har egenskaberne lav kvalitet, høj styrke, korrosionsbestandighed og høj temperaturbestandighed. Styrken er dobbelt så stor som nylonmaterialer og densiteten er kun 1/5 af stålmaterialerne.<br>Med hensyn til kulfiber 3D-trykningsudstyr hævdede det amerikanske MarkForged-firma i 2014 at have udviklet en Mark One desktop 3D-printer til nylon, kulfiber og andre materialer, men der er endnu ingen vellykket industriel applikationssag. Matsuzaki Ryosuke's team ved Tokyo University of Science udviklede en kulfiberkomposit 3D-printer, der leverede kulfiber imprægneret med harpiks som materialet. Materialerne skal dog forbehandles, og udskriftskvaliteten skal forbedres yderligere.

3D-print af kulfiber kompositmaterialer spiller en vigtig rolle i anvendelsen af 3D-print af ikke-metalliske materialer på industriområdet, og har også tiltrukket sig interesse fra forskere i ind-og udland i forskning i 3D-print baseret på kulfiber kompositmaterialer. Såsom brugen af kulfiber kort fiber og termoplastisk materiale blandet udskrivning, henholdsvis for at teste kulfiber partikler i forskellige indhold, forskellige fiber længde, støbning model stretching ydeevne og bøjning ydeevne af virkningen, således at drage en vis vifte af kulfiber-forstærket termoplastiske materialer i en betydelig stigning i mekanisk ydeevne konklusioner. Støbningskvaliteten af 3D-printmodel af kulfiberkompositmateriale påvirkes af mange relaterede parametre, og gennem den eksperimentelle undersøgelse af støbningsprocessen af kulfiber kortfiber kompositmateriale opsummeres flere nøgleparametre, der påvirker kvaliteten af kulfiber 3D-printstøbning: tråddiameter, ekspansionshastighed, basishastighed, kulfiberindhold, ekstruderingstemperatur og dysestørrelse. Ved at bestemme stabile områder under multiparametriske forhold kan kvaliteten af blandet trykning af kulfiber og termoplastiske materialer forbedres.<br>Ved anvendelse af kulfiber 3D-printmaterialer har hjemme og i udlandet også lanceret et bestemt sonderende forsøg. På 2014 International Manufacturing Technology Show brugte Local Motors Motors 3D-printteknologi til at udskrive en bil kaldet Strati, hvis forrude, bakspejl, forlygter og elektroniske komponenter er integreret i kulfiberforstærket plast, hvoraf 13% til 20% er kulfiberforstærkede kompositter og 80% til 87% er ABS-harpikser for at forbedre køretøjets samlede slagmodstand; En 3D-printet ledning Carbon20 fra München-baserede tyske RepRap i juli 2015 indeholder 20% kulfiber partikler til industrielle komponenter med pålidelig stivhed og hårdhed til 3D-udskrivning, med høj dimensionel nøjagtighed, lav forvrængning, lav pause udvidelse, høj temperatur og høj viskositet. Indenlandske Huashu Gaoke selskab udviklet 3D-udskrivning kulfiber nylon kompositmateriale, materialet har lav kvalitet, høj styrke, korrosionsbestandighed, høj temperatur egenskaber, styrke er to gange nylon materiale, densitet er kun 1 / 5 af stålmaterialer.<br>Med hensyn til kulfiber 3D-printudstyr sagde MarkForged i 2014, at det havde udviklet en Mark One desktop 3D-printer til nylon, kulfiber og andre materialer, men der er ingen vellykkede industrielle applikationer. Tokyo University of Science and Technology Matsuzakis team udvikler 3D-printere til kulfiberkompositter, som er lavet af kulfiber gennemblødt i harpiks. Materialet skal dog forarbejdes, og udskriftskvaliteten skal forbedres yderligere.

碳纤维复合材料的3D打印对于非金属材料3D打印在工业领域应用具有重要示范作用，在基于碳纤维复合材料3D打印的研究方面，也引起国内外学者的兴趣。如利用碳纤维短纤与热塑性材料混合打印，分别测试碳纤维颗粒在不同含量、不同纤维长度的情况下，对成型模型拉伸性能和弯曲性能的影响，从而得出了在一定范围内的碳纤维增强的热塑性材料在机械性能上有明显提升的结论[14-16]。碳纤维复合材料3D打印模型的成型质量受多个相关参数的影响，通过对碳纤维短纤复合材料成型过程的实验研究，总结了影响碳纤维3D打印成型质量的几个关键参数:丝直径、膨胀率、基础速率、碳纤维含量、挤出温度和喷头大小。通过判定多参数条件下的稳定区域，能够提高碳纤维和热塑性材料混合打印的质量。在碳纤维3D打印材料的应用方面,国内外也展开了一定的探索式尝试。美国Local Motors汽车公司在2014国际制造技术展会上使用了3D打印技术打印出一辆名为Strati的汽车，其挡风玻璃、后视镜、大灯、电子部件中均融入了碳纤维增强型塑料,其中13%~20%为碳纤维增强型复合材料, 80%~87%为ABS树脂，以提高汽车整体抗冲击性能;位于慕尼黑的German RepRap 公司2015年7月推出的一款3D打印线材Carbon20,其中含有20%的碳纤维颗粒，适合3D打印拥有可靠的刚性和硬度的工业零部件，并具有尺寸精度高、低失真、低断裂延长率、耐高温和高粘度的特性。国内华曙高科公司所开发的3D打印用碳纤维尼龙复合材料，该材料具有低质量、高强度、耐腐蚀、耐高温的特点，强度是尼龙材料的2倍，密度仅仅是钢材料的1/5。在碳纤维3D打印装备方面,2014年美国MarkForged 公司声称研发出针对尼龙、碳纤维等材料的Mark One桌面型3D打印机，但目前尚无成功的工业应用案例。东京理科大学松崎亮介团队研发碳纤维复合材料的3D打印机，提供浸泡过树脂的碳纤维为材料。但材料需预加工处理，打印质量也有待进一步提升。<br>