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超聲波技術,開啟3D打印纖維增強復合材料的新時代

文章分類:新聞資訊人氣:1,756 次訪問發表時間:2016-08-05

現今,隨著多種材料3D打印機登堂入室,復合材料的打印成為3D打印趨勢,然而3D打印技術面臨的問題是打印復合材料結構件的性能較差,不適合做為高強度用途的功能部件。

在權衡打印質量、打印分辨率和打印速度,以及材料的性能方面,當前通常的做法是在FDM熔融擠出式技術打印過程中,在熱融塑料的進給頭上添加增強纖維,然而,由于絲材是并行的,這兩種材料的融合仍然難以到微觀結構層面的融合。

為了改變這一局面,英國有一幫異想天開的科學家們在基于光敏樹脂的3D打印技術層面上,探索復合材料的打印獲得了突破性的結果。

超聲波技術,開啟3D打印纖維增強復合材料的新時代

  為了充分控制復合材料微觀結構的分布和方向,英國Bristol大學找到了代替熔融長絲的3D打印復合材料的方法,該方法是基于光敏樹脂技術的3D打印技術。

新的復合材料打印技術通過超聲波來定位數以百萬計的微小增強纖維,形成一個微觀的加固框架,超聲波的作用與激光束同時作用,通過超聲波用來誘導材料的微觀結構排列,通過激光束用來固化環氧樹脂。

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  這項突破是基于3D打印液體聚合物的一個靈感,液體中混合著數以百萬計的細小纖維和光敏樹脂,對于工程師來說,最大的挑戰是找到一種方法來處理這些微小的纖維,以使它們能夠提供復合材料所提供的優異強度。最后,他們發現,超聲波可以用來將纖維排列成可編程的模式。在打印過程中,可以通過切換超聲波駐波模式來控制每個纖維的精確定位。

超聲波技術,開啟3D打印纖維增強復合材料的新時代

超聲波技術,開啟3D打印纖維增強復合材料的新時代

  超聲波有效地在液態樹脂中創建了一個力場,纖維向低壓區域對齊,在通過聚焦的激光束固化光敏樹脂的過程中,將這些纖維也固化在一起。

超聲波技術,開啟3D打印纖維增強復合材料的新時代

  該超聲波裝置是模塊化的,可以安裝到現成的3D打印設備上,這個過程帶來很大的靈活性,可用于創建傳統方法不可能實現的打印模式。科學家宣稱幾乎任何類型,大小或形狀的微型纖維都可用于新的系統內,這使得產品設計師在智能材料領域獲得更大的探索空間。

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