上周,来自Anisoprint的公共关系专家Liuba Kuncevich接受Aniwaa邀请解析了复合材料和碳纤维增强材料的类型以及它们的优势和应用。

最初,塑料3D打印始于热塑性塑料——ABS、PLA、PA、PC等,这些材料适合加热、融化和挤出,而这些特性实际上都不适合工程应用,因其不够坚固耐用,例如,ABS和PLA的熔点低至约200°C,不耐化学腐蚀。由于塑料零件缺乏刚度和强度,因此有必要使用一些填充材料对塑料进行加固。填充材料需要满足几个特定要求。它们需要增加最终零件的机械性能:无毒、低吸收率、耐腐蚀、耐热、能减轻重量;同时也需要提高可用性:可灵活挤出、气孔气泡率低、方便运输和保存。纤维和塑料混合在一起被称为复合材料。由这种材料制成的零件具有极好的刚度和强度,与金属相比重量很轻。纤维增强材料同样有多种——碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维和凯夫拉纤维。其中碳纤维是最具有市场前途的,也是Anisoprint专家这次讲解的重点。使用碳纤维进行3D打印有两种主要方式:短切纤维(填充在塑料中)和连续纤维(逐层放置)。虽然它们的共同目标是提高与塑料结合的整体强度,但最终得到的零件在性能上却有很大的不同。

3D打印短切纤维

短切碳纤维是一种非常受欢迎的印刷材料,因为挤出技术与普通塑料相同,因此无需购买其他机器或额外设备即可开始使用此类复合材料进行印刷(耐磨喷嘴除外)。但是,在实践中,使用短切纤维填充打印的零件有时甚至比未填充的零件表现出更低的机械性能。

“短切纤维和连续纤维之间的主要区别在于,短切纤维填充的复合材料不会显著提高强度。能提高的只有刚度。在Anisoprint,我们使用长切和短切纤维。虽然我们的核心技术是基于连续纤维增强的各向异性复合材料,但我们也使用短切纤维来改善表面质量、刚度、耐磨性或改善零件外观。”Anisoprint材料主管Artem Naumov解释。

沉积的连续碳纤维束

与短切纤维相比,连续碳纤维的抗拉强度非常高,甚至能与金属相比。它允许创建各向异性部分,用户可以在打印零件时操纵纤维获得所需方向。连续碳纤维3D打印结构的共同特点是,它们比金属结构更坚固、更牢靠、生产成本更低、重量轻几倍、参数可调控。连续纤维3D打印是一个相对较新的技术,尚未在市场上形成广泛传播,它需要特殊的技术,因此需要特定的设备,以允许使用连续纤维进行3D打印。

首先,纤维股应适当浸渍塑料使其无任何孔隙或缺陷。否则,会导致机械性能差和断裂风险增加。添加更多的连续纤维,可以使打印部件越坚固。然而,将连续纤维包裹得过于紧密,很难生产出没有孔隙或气孔的长丝。Anisoprint开发了一种用热固性材料浸渍纤维束的技术:由于毛细作用或芯吸作用,热固性材料迅速填充纤维之间的所有空间,并形成硬纤维束(固化后)。这使得纤维体积比能最大达到接近60%,同时,因为经济地使用材料,也大大减少了此类零件的重量。具有连续纤维的结构可用于晶格,而晶格可以提高结构的刚度,使其更具成本效益 。连续碳纤维的另一个显著特点是可以提高机械性能。连续碳纤维强化赋予了最佳的摩擦学性能,例如,在恶劣的工作条件下具有较低的磨损率和0.1-0.2的摩擦系数。

回归“各向异性”

Anisoprint的各向异性是指材料特性允许纤维在不同方向上被改变或规定不同的方向,操纵纤维束以得到内部结构完全不同的零件。例如,纤维和基质的体积比可以是60%:40%、70%:30%、80%:20%或其他。最后,软件在这里起着重要作用。正确设置参数可防止堵塞,并根据基质材料和模型本身提供最佳切片。根据纤维体积比及其在基体材料中的分层方式,不同的参数集能够生产不同的效果。

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