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              使用薄殼材料的各向同性 3D 打印

              科研前沿
              2023
              03/17
              14:24
              分享
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              供稿人:張明杰 田小永 供稿單位:西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

              韓國科學(xué)技術(shù)高等研究院機(jī)械工程系的SanhaKim等人在為了突破傳統(tǒng)材料擠出成型3D打印產(chǎn)物的各向異性的問題,特別是針對層間結(jié)合的強(qiáng)度,提出了薄殼打印,注芯加固的方法,簡稱殼芯打印。

              該技術(shù)通過使用擠出成形工藝打印熱塑性材料構(gòu)成測試零件的外殼部分,并預(yù)留兩個(gè)小孔,在外殼打印完成后將熱固性的環(huán)氧樹脂通過小孔注入其中,在經(jīng)過一系列的固化流程后完成整個(gè)成型過程。值得注意的是,在向外殼中注入環(huán)氧樹脂之前需要外殼內(nèi)部使用丙酮進(jìn)行拋光處理,目的是提升截面結(jié)合強(qiáng)度。

              圖 1 殼芯打印成形示意圖
              進(jìn)過上述方法制造的標(biāo)準(zhǔn)拉伸件的各向拉伸性能的壁紙有顯著提高,達(dá)到0.7以上,但是和各向同性的要求仍有較大差別。為此該團(tuán)隊(duì)通過繼續(xù)研究截面殼芯的面積比以及內(nèi)部填充的環(huán)氧樹脂材料的本身拉伸性能等因素對拉伸件性能的影響,得到了各向同性且拉伸性能比肩同等殼體材料注塑成型的零件。如下圖所示,拉伸性能較好的core B 和core C 兩種芯體材料在截面殼芯面積達(dá)到0.8以上時(shí),都能夠得到接近1的各向性能比值,表明了該零件的各向同性。

              圖 2 不同芯體材料達(dá)到各向同性時(shí)截面的殼芯面積比
              除此之外,該方法因?yàn)橹恍璐蛴×慵耐庑螝んw,完成后穿插一步內(nèi)部環(huán)氧樹脂的澆筑和固化,其所用時(shí)間較零件整體通過擠出成形3D打印所使用的時(shí)間有明顯提升。

              綜上,該團(tuán)隊(duì)提出的殼芯打印方法能夠得到各向同性的3D打印產(chǎn)物,并且其成型速度也更為迅速,能夠充分彌補(bǔ)3D的打印成形速度慢,層間結(jié)合強(qiáng)度差的缺點(diǎn)。

              參考文獻(xiàn):
              Jihyuck Son, Seounghee Yun, Kundo Park, Seunghwa Ryu, Sanha Kim, Isotropic 3D printing using material extrusion of thin shell and post-casting of reinforcement core,2022. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102974


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