多倫多大學(xué)研究人員在SLA 3D打印中測(cè)試短纖維復(fù)合材料

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3D打印仍然是相對(duì)未知的，隨著我們尋找最實(shí)惠、最堅(jiān)固、最耐用的材料和部件，有關(guān)機(jī)械性能的問(wèn)題仍然比比皆是。現(xiàn)在，研究人員在多倫多大學(xué)正在研究短纖維復(fù)合材料在SLA 3D打印中的選擇。他們的發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在由化學(xué)工程與應(yīng)用化學(xué)論文學(xué)生Ignace(Joe)brada撰寫(xiě)的“倒置立體光刻法制造的短纖維復(fù)合材料的機(jī)械分析”上。

brada認(rèn)識(shí)到，由于缺乏力學(xué)性能，許多3D打印部件不適合承載應(yīng)用。為了改進(jìn)這一問(wèn)題，他將玻璃纖維與丙烯酸樹(shù)脂結(jié)合用于SLA打印。brada在提高彈性模量方面取得了成功，但對(duì)其他方面提出了挑戰(zhàn)。他選擇SLA 3D打印，因?yàn)橹谱鲝?qiáng)大的原型有很多好處，盡管還有其他問(wèn)題，比如填充罐體所需的樹(shù)脂量(與罐體的體積相對(duì)應(yīng))，這可能很麻煩。也不方便是需要傾倒周?chē)�的�?shù)脂，以擺脫部分固化的材料。

一種立體光刻系統(tǒng)的常規(guī)裝置：1)清掃器2)原型3)樹(shù)脂4)建造平臺(tái)5)電梯6)樹(shù)脂罐7)激光束8.XY反射鏡9)透鏡10)UV激光器

一個(gè)島系統(tǒng)的設(shè)置。(1)原型2)腳手架和支架3)樹(shù)脂4)搭建平臺(tái)5)紫外激光鏡7)XY掃描鏡8)透明樹(shù)脂罐底9)樹(shù)脂罐

“為了吸引更多的消費(fèi)者，一臺(tái)占地面積小、基本的電源電壓要求較低的SLA機(jī)器是最好的選擇，”brada說(shuō)。

使用反向SLA，系統(tǒng)從底部治療。零件倒置在搭建平臺(tái)上，由于沒(méi)有粘性樹(shù)脂，所以必須打印支撐結(jié)構(gòu)，這樣樣品才不會(huì)移動(dòng)。這，這個(gè)，那，那個(gè)表格2是Isla 3D打印機(jī)的一個(gè)很好的例子，它允許流暢的工作流程。

模板開(kāi)發(fā)了一種大型材料管道，每種樹(shù)脂具有不同的顏色、力學(xué)性能和應(yīng)用。雖然剛性樹(shù)脂中確實(shí)含有玻璃顆粒，但作者認(rèn)為它保持了各向同性，但仍然限制了所需的力學(xué)性能。

“表格2并不是唯一可用的Isla打印機(jī)，”作者說(shuō)。然而，與其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手(諾貝爾系列的XYZ打印，Peopoly Moai，Asigo Pica 2)相比，表格2提供了最高的XY分辨率(140米)，并且是唯一包含擦除機(jī)制的Isla打印機(jī)。

在研究復(fù)合材料是否能有效地用于SLA打印時(shí)，研究的重點(diǎn)是其固有的力學(xué)性能。目前，這類(lèi)材料被用于制造航空、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域的部件。“復(fù)合材料的性能可以定制，以適應(yīng)應(yīng)用，”brada聲明�！袄�如，玻璃纖維是一種與玻璃纖維結(jié)合的樹(shù)脂。玻璃纖維將表現(xiàn)出纖維和基體樹(shù)脂的性能。通過(guò)改變成分的數(shù)量，玻璃纖維的力學(xué)性能可以為特定的應(yīng)用量而量身定做。纖維的取向和長(zhǎng)度也會(huì)影響力學(xué)行為�！�

BRADA由于其高強(qiáng)度和高模量，以及優(yōu)異的粘接性能，選擇了短玻璃纖維作為樹(shù)脂增強(qiáng)材料。它們有多種尺寸可供用戶根據(jù)附著力要求進(jìn)行涂布。

“最重要的是，玻璃纖維不會(huì)干擾紫外激光的強(qiáng)度，”作者說(shuō)。激光仍能穿過(guò)纖維，使周?chē)�的�?shù)脂得以固化。brada的目標(biāo)是創(chuàng)造出具有“優(yōu)越的機(jī)械性能”的3D打印樣品。他認(rèn)為這種研究是新穎的，以前沒(méi)有嘗試過(guò)用短玻璃纖維來(lái)進(jìn)行這種研究。然后對(duì)樣本在Isla工作流中的性能進(jìn)行了分析。纖維的流動(dòng)和打印的幾何形狀是一個(gè)焦點(diǎn)。

雖然纖維可以成功地混入樹(shù)脂槽中，但brada發(fā)現(xiàn)，流動(dòng)梯度通常提供纖維的“非理想”取向。這意味著此類(lèi)3D打印的應(yīng)用可能受到限制：“樹(shù)脂加速向最近的邊界打印，這將導(dǎo)致纖維對(duì)齊方向的流動(dòng)。這通常是橫越寬的高寬比構(gòu)件，并導(dǎo)致橫向纖維取向，這將不會(huì)顯著增加試件沿構(gòu)件主軸的彈性模量。”brada總結(jié)道。

“未來(lái)與艾拉島的工作應(yīng)繼續(xù)探索流動(dòng)誘導(dǎo)的方向和概念化新的想法，以改變樹(shù)脂的運(yùn)動(dòng)。為了獲得縱向排列的光纖，需要通道流。使用具有更開(kāi)放源代碼功能的Isla打印機(jī)可能更好。”

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