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国际研发延续纤维增强热塑性树脂3D打印技术

在美国波音公司公布将600多份三维打印构件用以空客的Starliner外太空的士之时，大家不由自主感慨于塑胶替代质轻金属材料铝合金将变成代步工具行业的一大发展趋势。中国在开发设计塑胶替代质轻铝合金这一技术性方位上是不是与国际性同歩，乃至有自身更为独特的科学研究?当期，我和大家一起来领略到南京航空航天大学在持续纤维提高热塑性树脂打印技术性的自主创新提升。

熔化堆积成型(FDM)技术性凭着其较低的成本费和较出色的可完成性，近些年获得了非常大的市场份额，尤其是出現的微型化的平台式FDM三维打印机，促使个人客户还可以设计制作并生产制造出繁杂且具备一定应用作用的零件。但该加工工艺应用可加温溶化的热塑性树脂耗品为成型原材料，原材料自身不具备持续性，层内分子结构团间隔很大，且逐级铺叠的加工工艺特性也导致了较弱的固层结合性，这种特性都造成 零件延性大，冲击性抗压强度低，易形变，安装特性差。

国际性和中国一般 在零件的设计过程中选用构造拓扑优化的方法来提升物理性能，亦或是在热固性板材中添加顆粒，短切纤维等提高体，终归不可以压根上提升熔化堆积加工工艺所成型构件的物理性能。尤其是对于航天航空行业内的繁杂构件，汽车轻量化和高韧性的规定日益苛刻，尽管熔化堆积等增材制造加工工艺能够 大幅的节约原料，减少零件生产制造的难度系数，但其产品物理性能较弱也是限定其在领域内发展趋势的关键缘故。

销售市场上的持续纤维提高树脂基高分子材料的三维打印方式存有下列关键难题：

-各种纤维在原厂时，其表层活性官能团均只融入于与热固性塑料树脂的侵润全过程。在应用简易的对策将没有处理的纤维与熔化热塑性树脂共混时，无法使纤维与树脂充足侵润，这造成 构件的纤维-树脂页面较弱。

-大丝束纤维呈展开带条状，目前三维打印方式难以使用大丝束纤维，且小丝束纤维在成型全过程中成型速度比较慢，成型后的工艺性能、纤维树脂摩尔分数、纤维树脂遍布状况、固层结合性等性能参数无法操纵。

-目前的方式在打印全过程中，因为纤维的部分分岔、开裂，非常容易导致纤维在内腔中沉积、阻塞，对成型全过程导致危害，另外，成型运动轨迹中纤维呈疏松、没有规律性的遍布情况，促使构件的安装特性遭受危害。

南京航空航天大学对于目前的热塑性树脂基高分子材料三维打印成型时需应用的联接纤维规格较小，且不可以对联接纤维完成合理预浸而导致成型速率低、构件规格受到限制很大、成型件综合型能低的难题，创造发明了持续纤维提高热塑性树脂基高分子材料的三维打印方式。适用规格很大的纤维丝束，该打印技术性成型速度更快，工艺性能提升，另外纤维与热固性基材间的页面融合特性好，构件纤维成分高，纤维压实度高，而且提升了打印构件的结构力学。

南京航空航天大学还产品研发出持续纤维提高热塑性树脂基高分子材料转动共混三维打印头，其特点取决于:挤压头联接于熔化腔也可以环绕后轴转动，且转动方位与熔化腔反过来;熔化腔与挤压头里侧均有拌和齿环，纤维束和熔化热塑性树脂遭受二级反方向转动的螺旋式齿环拌和功效下匀称共混，且共混体以螺旋形密实度缠紧成圆柱体丝束，树脂沿纤维趋向分布均匀;挤压头挤压原材料至成型地区并干固成纤维提高树脂基高分子材料。

南京航空航天大学的技术性对当今热固性高分子材料成型技术性是一种提升，南京航空航天大学选用二级转动内腔对纤维和树脂的共混体开展拌和和盘绕，适用很大规格的纤维丝束，提升了打印头对纤维原来情况的适应能力，在同样的打印速率下，提升了打印高效率，改进了构件的工艺性能;拌和共混的功效下，纤维与树脂间的侵润充足，共混体中的纤维呈密不可分螺旋式盘绕状，提升了提高体的承载力，树脂在纤维中各部遍布匀称，改进了构件的固层和页面融合特性，提升了打印构件的物理性能;挤压头的转动功效可让共混体在挤压后，纤维与树脂的遍布匀称，纤维容积成分高。

当今对于持续纤维提高的热固性高分子材料成型FDM打印技术领域，活跃性的公司和科学研究组织包含英国MarkForged，日本高校、日本东京理工大学，西安交大等。三维打印伴随着南京航空航天大学将这一技术实力引向新的高宽比，我觉得FDM技术性用以持续纤维提高的热固性高分子材料打印技术性进一步迈向工业生产级运用。

南京航空航天大学的开创性取决于完成了较高物理性能持续纤维提高热固性基材高分子材料构件的三维打印，且成型高效率，工艺性能好，可适用对特性规定较高的航天航空繁杂构件的成型全过程。

从金属材料到性能卓越原材料的变换现阶段是航天航空销售市场的一个明确发展趋势，我觉得复合型塑胶变成追求完美设计方案可玩性、生产制造便捷性和质轻以超过传统式铝型材的计划方案。

来源于：我国塑料机械网

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