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强强联合!3D打印碳纤维材料发挥更大价值

2019-09-03 16:57:13来源:塑料机械网整理发布 阅读量:13765

  【塑料机械网 科技创新】 3D打印——从一开始的遥不可及,到个人购入小型3D打印机,3D打印已经走入寻常百姓家。3D打印不是遥不可及的高端技术,它其实与我们的生活联系十分紧密。近年来,3D打印在更多领域内展开应用,如:医学生物、工业机械、交通航空等,与传统生产技术相较,3D打印技术更为灵活、简便,也因此收获了科学家们的青睐。
 
  与此同时,新材料的研发也使得科学应用领域迎来了新的发展方向,这里不得不说碳这一神奇元素。碳在自然界中广泛存在,但是关于碳的新材料的研究却是近些年才展开的。如:富勒烯、石墨烯、碳纳米管等,而在碳新材中与3D打印关系最亲密的当属碳纤维了。
 
  碳纤维是何物?
 
  碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维,具有耐腐蚀、耐高温、抗摩擦、导电、导热等特性。它外形柔软并呈纤维状,可以被加工成各种织物。
 
  碳纤维作为增强材料具有广阔的应用空间。如金属、树脂、陶瓷等都可以与碳纤维结合,制造性能优异的复合材料。
 
  3D打印碳纤维技术
 
  就目前研究进度而言,利用3D打印增材制造技术应用于碳纤维增强塑料及复合材料(SCFT、LCFRT、CFRP和CFRTP)在国内外己经成为一和快速发展的碳纤维复合材料制备的数字化、智能化、自动化的高科技新技术。
 
  与传统碳纤维复合材料成型和制备工艺相比,3D打印技术具有工艺简单、加工成本低、原材料利用率高、生产技术绿色与环保等优点,同时实现复合材料制件的结构设计与制造一体化完成、无需再开模具制造、可以反复数字化修模与打印制件验证,从而可以加快开发周期、节约开发成本,可作为一种低成本快速成形制造的一种有效技术方案。
 
  目前关于碳纤维3D打印的技术有以下三种:
 
  激光烧结技术:以一定的比例将短切碳纤维与尼龙材料混合,通过激光烧结技术,实现材料的一体成型,常用材料有短纤增强尼龙、PEEKTPU等粉末材料
 
  多射流绒技术:通过加热灯管和助溶剂的共同作用下,在零件截面熔化成型,常用材料有短纤增强尼龙、PEEK、TPU等粉末材料
 
  FDM技术:通过将长纤维填充进常规丝材,打印出来的产品有较好的机械性能,常用材料有长纤增强PLA、尼龙以及PEEK丝材等。
 
  3D打印碳纤维材料方法
 
  目前有两种碳纤维打印方法:短切碳纤维填充热塑性塑料和连续碳纤维增强材料。
 
  短切碳纤维在增强材料整体强度方面具有很大的优势,且连续碳纤维则可以使零件具有更高的的强度和功能。目前制造连续碳纤维所采用的的技术多为FDM工艺,在打印过程中将连续的碳纤维嵌入标准的热塑性基材中。
 
  短切碳纤维基本上是标准热塑性塑料的增强材料,将其与热塑性塑料(尼龙、ABS或聚乳酸等)混合,再将材料的强度可能影响产品的整体质量,降低表面质量和零件精度
 
  连续碳纤维是则是碳纤维材料的优势所在。采用连续碳纤维打印制作的零件可以替代部分传统金属。连续碳纤维的FDM工艺可以选择逐层基础强化,因此可以获得同心轴向强化和各向同性强化,有效地模拟金属性能,在航天航空、汽车制造上有发展的空间。
 
  3D打印碳纤维应用领域
 
  3D打印碳纤维材料拥有媲美金属的性能,同时又具有像塑料一样的重量,在各个行业里都有很大的需求。比如航空航天、轨道交通、风电叶片、电子电气、船舶舰体、燃料电池、汽车、桥梁建筑、医疗器械、电缆芯、压力容器、核电、体育用品、服装配饰等。3D打印碳纤维材料超越传统材料的各项性能不仅使生产生活更加便利,也为人类对科技进一步探索提供了帮助。
 
  结语:越来越多“新材料+新技术”的结合,让我们看到更强大的科技力量和人类永不止步的探索精神。近年来科学家对碳纤维的研究正在逐步深入,增材制造相关领域也迎来发展的春天,愈发突飞猛进。科技永无止境,我们可以相信,未来3D打印碳纤维领域或将取得更深层的研究进展,届时我们的生活还会迎来新的变化,让我们共同期待。
 
  资料参考:碳纤维研习社、 军民融合科技创新资讯平台、百度百科、国恒工业云平台

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