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3D打印长纤维增强复合材料的表征

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关于FDM技术用于成型纤维增强树脂基复合材料的研究已经很多,多集中于在零件的某一部分使用FDM技术打印纤维增强复合材料来增强零件的力学性能,却没有关于完全使用尼龙基纤维增强复合材料打印的零件的研究。
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本文使用MarkOne3D打印机,采用预浸渍的尼龙基碳纤维材料和尼龙基玻璃纤维材料打印出用于拉伸、压缩力学试验的标准样件进行性能测试。预浸渍的尼龙基碳纤维材料的碳纤维含量(重量)约为40%,预浸渍的尼龙基玻璃纤维材料的玻璃纤维含量约为50%,浸渍纤维与去树脂后的纤维如图1。为保证成型效果,喷头路径采用回形循环,如图2。
微信截图_20180416112947.png
力学实验结果如下表。
微信截图_20180416112952.png

与传统工艺相比,使用FDM技术成型的纤维增强复合材料的力学性能远低于传统工艺,分析其原因主要有二:(1)原材料较低的纤维含量,尼龙及树脂的力学性能较差;
(2)零件在成型过程中有空隙产生,成型后没有压实过程
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之后的研究应该尝试采用具有高强度的树脂基材料(比如PEEK),增加纤维含量,增加成型后的处理工序以提高其力学性能,以及利用FDM技术打印出具有较复杂结构的纤维增强复合材料零件。

作者: 单存清
来源:西安交大王玲课题组
参考文献:
Justo, J., et al. (2018). "Characterization of 3D printed long fibre reinforced composites." Composite Structures 185: 537-548
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