ABS+PC，美軍開發(fā)出用于FFF 3D打印的高強(qiáng)度多聚物線材

2020年4月25日，南極熊從外媒獲悉，美國(guó)陸軍近日發(fā)布了一項(xiàng)新的研究結(jié)果，是一種用于低成本FFF 3D打印機(jī)的多聚物線材設(shè)計(jì)。這種高強(qiáng)度線材有望在戰(zhàn)場(chǎng)上提供幫助，以傳統(tǒng)零件的一小部分成本及時(shí)生產(chǎn)出關(guān)鍵零件。該研究被《Advanced Engineering Materials》雜志4月版封面報(bào)道。

多聚物線材

FFF是目前最常見的3D打印技術(shù)，因?yàn)槠溥M(jìn)入門檻低，成本相對(duì)較低。然而，使用FFF創(chuàng)建的零件往往缺乏機(jī)械強(qiáng)度，因此一般不建議將其用于高風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)戰(zhàn)行動(dòng)中，因?yàn)檫@些零件要經(jīng)受嚴(yán)酷的作戰(zhàn)環(huán)境。美國(guó)陸軍的研究希望克服現(xiàn)有線材的局限性，創(chuàng)造出堅(jiān)固的東西。

研究人員將ABS和聚碳酸酯（PC）結(jié)合起來，配制出了他們的新型線材。首先，他們用3D打印機(jī)制作了一個(gè)圓柱實(shí)體，它由溫度較低的ABS外殼和溫度較高的PC芯組成。然后用拉絲機(jī)將固體預(yù)成型體轉(zhuǎn)化為線材。新拉出的線材可以再次用作3D打印的原料，但這次是ABS和PC的混合物，賦予了它優(yōu)越的機(jī)械性能。為了完成這個(gè)過程，用新線材3D打印出來的零件需要在烤箱中退火24-48小時(shí)，使各層完全融合在一起，增加了額外的結(jié)構(gòu)完整性。

3D打印出來的零件在熱室中的延展性與注塑成型的ABS零件相當(dāng)，斷裂韌性值比相同的ABS幾何形狀的零件高1500%（15倍）。研究人員認(rèn)為，PC灌注有助于抵抗熱誘導(dǎo)的蠕變，并在退火過程中保持了零件的精確尺寸。該團(tuán)隊(duì)希望未來能將退火時(shí)間縮短到4小時(shí)或更短。

△3D打印預(yù)成型件和拉絲過程，圖片來源：美國(guó)陸軍。

實(shí)戰(zhàn)中的快速成型制造

該研究報(bào)告的共同作者Eric Wetzel博士表示，陸軍正在尋求在野外打印零件，以簡(jiǎn)化后勤工作。通過攜帶數(shù)字文件和原材料，將省去了攜帶過多的實(shí)物零件的需要。不幸的是，迄今為止，3D打印高強(qiáng)度零件的技術(shù)在遠(yuǎn)征環(huán)境中并不實(shí)用。打印機(jī)的體積太大，操作起來需要的能量太多，而且其原料需要專門的存儲(chǔ)條件。

陸軍機(jī)械工程師Jeff Wallace補(bǔ)充說："在野戰(zhàn)、師和/或倉(cāng)庫(kù)一級(jí)，通過FFF工藝用高強(qiáng)度聚合物增材制造零件的選擇，無疑將為作戰(zhàn)人員提供更快地生產(chǎn)更好的臨時(shí)零件的能力--幾小時(shí)比幾天或幾周要快得多--而且成本也要低得多。"

Wallace總結(jié)道："此外，士兵們往往會(huì)根據(jù)需要隨機(jī)應(yīng)變，往往會(huì)找到自己設(shè)計(jì)的解決方案來解決他們面臨的問題。因此，為他們提供一種強(qiáng)度較高的聚合物材料，使他們有機(jī)會(huì)根據(jù)需要臨時(shí)解決更多的供應(yīng)和設(shè)計(jì)難題，在桌面打印機(jī)中使用，可以使他們有機(jī)會(huì)進(jìn)行即興創(chuàng)新。然后，他們的設(shè)計(jì)將被送到適當(dāng)?shù)墓こ讨С只顒?dòng)中進(jìn)行評(píng)估。"

Eric Wetzel博士在演示拉絲過程，圖片來自美國(guó)陸軍。

有關(guān)這項(xiàng)研究的更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見題為 "Tough, Additively Manufactured Structures Fabricated with Dual‐Thermoplastic Filaments"的論文。該論文由Kevin Hart、Ryan Dunn和Eric Wetzel共同撰寫。


編譯自：3dprintingindustry