​FDM 3D打印形状记忆聚合物力学性能测试

来源：增材之光

阿尔伯塔大学将制造潜力提升到了一个新的水平，在“基于挤出的形状记忆聚合物增材制造的机械性能”中探索了4D的世界。作者研究了基于挤出的增材制造（EBAM）的效果。形状记忆聚合物（SMP）上的FDM 3D打印，主要与其机械性能有关。这是当今先进制造技术的主要关注点。

SMP在过去几年中得到了认可，因为具有几乎神奇的特性，能够对环境作出反应而变形，这通常意味着温度或湿度。众所周知，热响应的SMP，对热反应，并且由于制造上的可承受性，轻质特性和有利于科学家实验的变形特性而提供许多不同的益处，特别是由于易于编程这样的形式。

然而，在科学家们深入研究SMP之前，他们必须了解SMP的机械特性和行为，并了解它们记忆形状的能力。在航空航天和医药等一系列应用领域，已经为SMP专门开发了许多新材料。在这项研究中，研究人员使用了一种半结晶热塑性聚氨酯形状记忆聚合物（MM4520）。为了避免在3D打印过程中冒泡，研究人员将聚氨酯颗粒在真空烘箱中干燥，然后开始挤出过程：
投喂
熔化
成型
冷却
曲折

切片过程将对象（右）转换为一系列薄层（左）。

采用Ultimaker 3进行样品制作，然后通过数控加工将矩形件制成狗骨样品：
使用机械加工而不是直接打印狗骨头的主要优点是它可以从样品边缘去除壳层，留下定向的装配线。

实验室中SMP长丝挤出装置

Brabender Inc.驱动系统连接到挤出机（顶部）的插图，挤出机熔化桶的侧视图，带有四个加热区（底部）

总体而言，研究团队创建了120个样本，具有四种不同的光栅角度（0°，30°，60°和90°）和三种不同的填充百分比水平（85％，100％和115％）。拉伸试验评估如下：
测量
弹性模量
屈服强度
最大延伸率
弹性模量
拉伸韧性

根据拉伸试验结果，除了85%具有90°光栅角的填充样品外，没有观察到不同光栅角的弹性模量（e）的显著变化，与同一填充物的其他光栅角相比，该填充样品的弹性模量降低了约35%。此外，填充百分比从85%增加到100%会导致弹性模量显著增加。

与弹性模量，屈服强度和弹性（E，σy，Ur）不同，在任何填充百分比水平下，光栅角会引起最大伸长率（EL％）和拉伸韧性（UT）的显著变化。然而，光栅角度的影响随着填充百分比的减小而放大。此外，100％填充样品优于85％和115％填充样品，在可变形性和拉伸韧性方面，除了90°光栅角度外。

一批12个打印样品（115％的内衬和45°的光栅角）

随着实验的发现，创建了关于EBAM样品的弹性模量的通用算法，需要具有0°和90°光栅角的样品作为输入。尽管100％的填充样品只有很小的差异，但作者指出这些值与实验结果不符。

因此，根据EBAM流程原理，引入了两个不同的补偿条款来修改CLPT模型。通过这些修改，实验值和预测值之间的差异显著降低至0.25％至4.47％的最小范围。需要进行额外的研究，以验证本文中使用的模型和修改，以验证模型在不同条件下的可用性。

SMP是当今许多用户的魅力所在，4D使用磁性墨水在硅酮中打印，并使用它们来提高软驱动器的性能。