研究实验表明:碳纤维在FDM 3D打印中比凯夫拉纤维和玻璃纤维更强



 

为了提高尼龙3D打印机长丝的实力,研究人员在都柏林大学进行了增加纤维增强的比较研究。 在研究玻璃中,测试合成聚合物凯夫拉尔和碳纤维的能力,以提高3D打印物体的性能,以此来证明与金属相比的拉伸能力。

三个实验纤维通过3D打印机公司Markforged的两个喷嘴Mark One 3D打印机打印。 在这个过程中,尼龙和纤维材料是以交替的方式3D打印,以研究标准的骨条为例。

骨棒3D打印在各种材料中。 从左到右:尼龙,碳A,凯夫拉尔B,凯夫拉尔A,玻璃A,玻璃B.

Markforged Mark One 3D打印机(左)和插入光纤/尼龙3D打印过程(右)。

用于交替纤维层的同心(A)和各向同性(B)图案,以及骨棒(C)中尼龙/纤维层的结构图。

在不同浓度的碳,凯夫拉尔和玻璃纤维上进行3D打印后,测试其断裂点,表征其拉伸(可拉伸)和机械(弯曲)性质。

3D打印纤维断裂研究。从左到右:玻璃B,玻璃A,凯夫拉尔A,凯夫拉尔B和碳A.插图(右图)显示了应用于骨棒的机械应力的图。

与纯尼龙丝的骨棒样品相比,拉伸和弯曲强度分别提高了6.3倍和5倍。最强的材料复合材料被证明是用碳纤维进行尼龙增强,然后是玻璃,然后是通常用于加强轮胎的凯夫拉尔。所有复合材料也显示出优于铝的抗拉强度。

为了改善FDM / FFF丝的性能,石墨烯氧化物已经不同程度地被添加到了ABS,PLA和TPU材料,如在CWRU的研究中。丝材也在医疗应用得到广泛的复合研究,路易斯安那州董事会已经为一项专注于这种材料的项目授予了15万美元研发奖励。

由于FDM / FFF 3D打印机的广泛使用以及机器使用的材料的相对较低的成本,这种研究已经发展。 Achala de Mel博士在3D打印支架研究方面的讨论中,对可挤出材料的了解程度有望开拓3D打印技术的应用,特别是在高价值医疗和汽车行业。

使用增材制造的连续碳,玻璃和凯夫拉纤维增强聚合物复合材料的制造由Andrew N. Dickson,James N.Barry,Kevin A.McDonnell和Denis P. Dowling合作,大学机械和材料工程学院爱尔兰都柏林学院参与。

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