供稿人:張曼玉 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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期:2022-11-24
增材制造是一種革命性的、顛覆性的制造技術(shù),正受到越來(lái)越多的關(guān)注。材料擠出是增材制造的一個(gè)重要分支,在多材料結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。然而材料擠壓制品的力學(xué)性能受到限制,為了獲得更高的強(qiáng)度,考慮到樹(shù)脂的固有局限性,將增強(qiáng)材料引入熱塑性樹(shù)脂中。與短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料相比,連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能,同時(shí)在醫(yī)療和航空航天應(yīng)用有巨大潛力。
浙江大學(xué)Congcong Luan等人基于材料擠出開(kāi)發(fā)了一種多材料擠出噴嘴,以同步實(shí)現(xiàn)連續(xù)碳纖維在幾種不同的熱塑性材料基質(zhì)中的集成。與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比,所提出的方法允許通過(guò)僅在一個(gè)擠出噴嘴中在適當(dāng)?shù)挠∷囟认略蝗诤宪浻矡崴苄运芰蟻?lái)快速形成具有結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和可調(diào)軟硬混合的 CCFRTP-TSSH 結(jié)構(gòu),其原理如圖1所示。
圖1可控多材料增材制造設(shè)備原理圖(a)多材料擠出噴頭(b)CCFRTP-TSSH打印原理圖(c)設(shè)備實(shí)物圖
該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究和討論了在各種工藝參數(shù)下制造的 CCFRTP-TSSH 試樣的力學(xué)性能,包括噴嘴溫度、層厚度和 支撐樹(shù)脂體積比(SRVR)。同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)制造薄壁空心圓柱體和薄壁空心圓臺(tái)等 CCFRTP-TSSH 3D打印組件,證明了所提出方法的可行性。在上述研究的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了肢體假肢插座的 CCFRTP-TSSH 組件從需求到制造的完整過(guò)程,如圖2所示。過(guò)程主要包括六個(gè)步驟:(i)新需求獲取(如承重、輕量化、舒適),(ii)物體三維激光掃描(如殘肢),(iii)表面重建,(iv)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)(如假肢插座),(v)機(jī)器人輔助集成制造,以及(vi)制造產(chǎn)品的應(yīng)用(如假肢插座)。
圖2用于肢體假肢插座的 CCFRTP-TSSH 組件從需求到制造的完整過(guò)程