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3D打印与轻质复杂结构加工的碰撞!

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-08-10 08:35:16   浏览次数:1845  
核心提示:3D打印与轻质复杂结构加工的碰撞!
    几年来,科学家们为了研发生产轻质复杂结构系统也是绞尽脑汁。他们已经开发了几种用于加工轻质复合结构的方法,最常用的两种是自动纤维放置(AFP)和自动条带铺设(ATL)。这两种技术比较适用于大型的几何复杂结构,与手动沉积相比,它们的生产率和再现性较高,比较适合航空航天工业。然而,这两种工艺在复杂的面或双曲面上,会出现间隙,从而降低复合结构的机械性能。传统的解决方案是层层叠放,但这会加重成品的质量,也会相应地增加成本。
 
    一篇名为《新工艺:自动光纤放置(AFP)和增材制造(ALM)》的新论文中,作者认为将3D打印与AFP相结合可以避免这些问题。那究竟什么是AFPALM呢?
 
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    “标准的挤出头通常以1/800到1/200的宽度同时铺设8层、16层、24层或32层,”研究人员解释道。“热塑性或热固性单向(UD)-预浸料(Prepregs)工艺通常用于现代高性能复合材料的自动化生产。”预浸料是增强织物条带,内含树脂和定量的固化剂。
 
    “自动纤维放置的难点在于,需要铺设具有特定纤维取向的预浸料,使之不产生间隙或重叠,”研究人员继续说道。“成功的秘诀取决于参数,例如模具的几何形状、带宽和纤维取向。预浸料必须与力流平行放置,以表现出最佳的性能。”
 
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    在平坦表面上,预浸料通常可以零间隙重叠放置。然而,复杂的几何件一般都会有间隙或者重叠,并且会降低部件的机械性能,导致不必要的重量增加和材料消耗。
 
    研究人员提出,将3D打印与AFP相结合,在不增加额外重量的情况下填补空隙。他们加工了三个样品:一个没有间隙的层压板,一个带有间隙的层压板,以及一个3D打印的单向碳纤维增强塑料(CFRP-UD)填充间隙的层压板。
 
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层压结构的显微镜图像:(a)无间隙的层压板; (b)有间隙的层压板; (c)打印CFRP-UD的层压板。
 
    研究人员表示,与没有间隙的层压板相比,带间隙的层压板的拉伸强度、层间剪切强度和弯曲强度降低了约13%。“因此,打印CFRP-UD的层压板的拉伸强度约为 2%,层间剪切强度约为4%,弯曲强度比没有间隙的层压板少1%。”而且CRFP-UD不会增加太多的重量。
 
    “通过结合3D打印和AFP技术,复合材料部件可用更均匀的方式制造,使部件生产更快、更轻,性价比更高。”相关工作人员表示。
 
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