供稿人:朱思堯、王玲 發(fā)布日期：2018-09-19
近期，荷蘭特溫特大學(xué)的J.Justo等人使用添加劑層制造（ALM）工藝，使用Markforged?制造的MarkOne?3D打印機(jī)制造長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件，如 圖1（a），該系統(tǒng)可以獨(dú)立打印兩種材料，因此，它有兩臺(tái)擠出機(jī)和兩臺(tái)注射器，見圖1（b）。其中一個(gè)注射器用于打印尼龍（如傳統(tǒng)的3D塑料打印機(jī)可以這樣做），另一個(gè)用于打印纖維增強(qiáng)熱塑性塑料。
圖1（a）3D打印機(jī)的總體視圖，（b）兩臺(tái)打印機(jī)噴油器的詳圖
在ALM中，復(fù)合材料的連續(xù)長(zhǎng)絲（包括一束纖維）由打印機(jī)在高溫下通過普通工具注入，在材料冷卻時(shí)形成部件。使用的復(fù)合長(zhǎng)絲由PA（Nylon TM）基質(zhì)和碳或玻璃纖維增強(qiáng)材料組成。預(yù)浸漬的尼龍基碳纖維材料的碳纖維含量（重量）約為40%，預(yù)浸漬的尼龍基玻璃纖維材料的玻璃纖維含量約為50%，浸漬纖維與去樹脂后的纖維如圖2。為保證成型效果，噴頭路徑采用回形循環(huán)。
圖2（a）煅燒前和（b）煅燒后的玻璃纖維和碳纖維細(xì)絲
將打印出用于拉伸、壓縮力學(xué)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)樣件，并進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果表明，所獲得的ALM復(fù)合材料的機(jī)械性能尚未與傳統(tǒng)方法（預(yù)浸料）所獲得的性能相媲美。這一事實(shí)可以用ALM試樣中存在的高孔隙率以及低纖維體積來(lái)解釋。盡管如此，與非增強(qiáng)尼龍部件相比，機(jī)械性能改善顯著。作者提出了使用不同的樹脂（具有比尼龍更好的性能）作為基體，生產(chǎn)纖維含量更高的長(zhǎng)絲，在長(zhǎng)絲沉積后將其壓實(shí)，以減少孔隙含量，實(shí)現(xiàn)FDM復(fù)合材料機(jī)械性能的改善。