復合纖維增強了傳統3D打印零件的特殊性能-通常具有強度,剛度,耐熱性和耐久性。這使它們比3D打印中使用的更傳統的熱塑性塑料(如ABS或PLA)具有強度優勢,因此3D打印的應用可以通過這些附加材料及其帶來的性能來擴展。
熱塑性塑料是可以改變狀態而不會改變化學性質的塑料。這使它們成為流行的3D打印材料,因為它們可以輕松地熔化,逐層擠出并立即冷卻成一定形狀。但是,使其適合3D打印的特性使其不適用于工程強度應用-這些熱塑性塑料中的許多具有相對較低的熔點,并且不是很堅固。
另一方面,復合材料是由多種材料組成的零件,這些材料在組合時具有與原始材料不同的特性。像混凝土和刨花板這樣的材料可以被認為是復合材料,因為它們是多種材料的混合物。
但是,從工程角度講復合材料時,通常是指具有增強纖維的復合材料。碳纖維,玻璃纖維和凱夫拉爾纖維是工業上用于復合材料的三種最常見的纖維材料。
正如我們在3D打印物理學中介紹的那樣,纖維像意大利面條-細,脆,彎曲時容易折斷。這些纖維幾乎從未被單獨使用過,它們被編織成片狀,包裹成棒狀,或者借助基質材料將其成型為定制的成型形狀,以將纖維硬化成形狀。當許多纖維束縛在一起以創建更大的結構元素時,力可以沿所有纖維的長度分布和分散載荷。
將玻璃纖維束放在模具中,并用熱固性樹脂固化。
碳纖維是目前強度/重量比高的之一,因此對于制造輕巧堅固的零件非常有價值。纖維本身由碳原子組成,碳原子的晶體結構排列成股,使股的張力異常強。
傳統上,將熱固性樹脂用作粘合劑,以將這些纖維定型為指定形狀,并固化在泡沫等基體材料周圍。因此,您可以通過將泡沫“夾在”纖維編織片之間并用樹脂將其固化來創建夾心板。在3D打印的情況下,光纖可以采用兩種不同的形式:
短切纖維是將短長度的纖維切成小于一毫米的片段,然后混入傳統的熱塑性塑料中形成所謂的填充塑料。這些可以通過FDM打印過程進行打印。
連續纖維需要略有不同的3D打印方法,其中將連續纖維束涂在固化劑中,然后放到通過輔助打印噴嘴擠出的熱塑性基質中。此過程稱為連續纖維制造(CFF)。
無論采用哪種方式添加纖維,添加纖維都會提高零件強度和其他材料性能,但是其添加量取決于纖維的使用方式以及所使用的纖維。一般而言,連續碳纖維3D打印要比短切碳纖維3D強,因為連續性會分配任何施加的負載。
短纖維3D打印材料
切碎的纖維填充塑料是復合3D打印塑料的最常見類型。切碎的復合3D打印材料是使用最廣泛的切碎碳纖維-碳纖維碎片與傳統的3D打印塑料(例如尼龍,ABS或PLA)混合在一起。
將這種“填充物”添加到熱塑性塑料中就是一種材料增強包。纖維承受零件的某些應力,例如如何將混凝土添加到水泥中以增強其強度。
纖維可承受零件上的某些外加應力,從而提高了通常較低等級材料的性能。碳纖維的添加還改善了機械性能的熱穩定性,從而拓寬了工作溫度范圍,并提高了高溫和低溫下材料性能的可預測性。機械感應花、自動開合花、動態花、動態仿真花、互動花、感應花、機械花、紅外感應花、人體感應花
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