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详解碳纤维在3D打印增材制造中的作用

时间:2019/10/31 17:03:43 | 浏览次数:

 

      3D印刷碳纤维可能是继金属之后第二大最受欢迎的添加材料的制造技术。依靠添加剂制造领域的最新发展,人们终于意识到能够用各种难以捉摸的材料印刷的现实。然而,并不是所有的碳纤维3D打印机都是相同的——一些机器使用显微短切纤维来增强传统的热塑性塑料,而另一些机器使用放置在热塑性塑料基体(通常填充短切纤维)内的连续纤维来在零件内部产生“骨架”。
详解碳纤维在3D打印中的作用
    碳纤维由排列整齐的碳链组成,具有极高的拉伸强度。单独使用它们并不特别有用——它们的薄而脆的性质使它们在任何实际应用中都很容易断裂。然而,当使用粘合剂将纤维分组并粘合在一起时,纤维平滑地分配载荷并形成具有极高强度和重量的复合材料。这些碳纤维复合材料以片材、管材或定制成型特征的形式出现,并用于航空航天和汽车工业,其强度重量比占主导地位。 通常,热固性树脂用作粘合剂。

       目前,碳纤维3D打印机已被纳入微信小程序“全球3D打印产品库”。您可以搜索“碳纤维”,找到全球碳纤维3D打印机。
       3D打印技术的最新发展使公司能够使用碳纤维打印,尽管所使用的粘合材料不同于标准碳纤维工艺。树脂不会熔化,因此不能通过喷嘴挤出。为了解决这个问题,3D打印机用易于打印的热塑性塑料代替树脂。虽然这些部件不如树脂基碳纤维复合材料耐热,但它们确实受益于纤维的强度。
       目前有两种碳纤维印刷方法:热塑性填充短碳纤维和连续碳纤维增强材料。短切碳纤维填充热塑性塑由标准FFF(FDM )打印机印刷,由热塑性塑料( PLA、ABS或尼龙)构成,该热塑性塑料用微小的短切原丝增强,即碳纤维。另一方面,连续碳纤维制造是一种独特的印刷工艺,将连续碳纤维束放置在标准的FFF(FDM)热塑性基材上。
        短切碳纤维填充塑料和连续纤维的制造使用相同的碳纤维,但它们的差异非常大。了解每种方法的工作原理及其理想应用将有助于您做出明智的决定,并决定在制造额外材料时应采取哪些措施。
详解碳纤维在3D打印中的作用
用短切碳纤维填充热塑性塑料的3D印刷碳纤维。
    短碳纤维基本上是标准的热塑性塑料加固材料。它允许公司在更高的强度下打印性能通常较弱的材料。然后将该材料与热塑性塑料混合,并将所得混合物挤压成线轴,用于熔融长丝制造(FFF)技术。在使用FFF法的复合材料中,材料是将快捷纤维(通常为碳纤维)和以往的热塑性塑料(尼龙、ABS、聚乳酸等)混合而成的。尽管FFF工艺保持不变,短切纤维增加了模型的强度和刚度,并提高了尺寸稳定性、表面光洁度和精度。
        这种方法并不总是没有缺陷。一些短切纤维增强长丝通过调节纤维材料的过饱和来增强强度。这会对工件的整体质量产生不良影响,并降低表面质量和零件精度。原型和最终用户组件可以使用短碳纤维制造,因为它提供了内部测试或面向客户的组件所需的强度和外观。


详解碳纤维在3D打印中的作用
        碳纤维3D打印用连续纤维增强。
       连续碳纤维是真正的优势。这是一个经济有效的解决方案,您可以使用3D印刷复合材料零件来取代传统的金属零件。 这是因为重量的微小部分可以实现同样的强度。它可以使用连续长丝制造(CFF)技术将材料嵌入热塑性塑料中。使用这种方法的打印机将连续的高强度纤维(如碳纤维、玻璃纤维或凯夫拉尔纤维)通过第二个打印喷嘴放置在由FFF在打印过程中挤出的热塑性塑料中。增强纤维构成印刷组件的“主干”,产生坚硬、牢固和持久的效果。
        连续碳纤维不仅增强强度,而且在需要更高耐久性的领域有选择地加强。 由于核心流程的FFF性质,您可以选择逐层基础来强化。 在每层中,有两种增强方法:同心轴加固和各向同性加固。同心填充加强了每层(内部和外部)的外部边界,并通过用户定义的循环次数延伸到零件中。各向同性填充可在各层形成单向复合增强,改变层上的增强方向模拟碳纤维织物。这些强化策略使航空航天、汽车和制造业能够以新的方式将复合材料集成到他们的工作流程中。印刷零件可用作工具和夹具(这些需要连续碳纤维来有效模拟金属性能。),如手臂末端的工具,软颚,和CMM固定物。
        目前,添加剂制造领域迅猛发展,一些打印机提供了碳纤维打印能力。然而,你最好注意你购买的复合材料和每种纤维的开放应用。除非表明它是连续碳纤维,否则这种材料几乎肯定是由短切碳纤维增强长丝组成的。两者都提供独特的价值,但能够同时打印两者是满足所有应用程序需求的最佳方法。

 

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