​FDM 3D打印形狀記憶聚合物力學(xué)性能測試

來源：增材之光

阿爾伯塔大學(xué)將制造潛力提升到了一個新的水平，在“基于擠出的形狀記憶聚合物增材制造的機(jī)械性能”中探索了4D的世界,。作者研究了基于擠出的增材制造（EBAM）的效果,。形狀記憶聚合物（SMP）上的FDM 3D打印，主要與其機(jī)械性能有關(guān),。這是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的主要關(guān)注點,。

SMP在過去幾年中得到了認(rèn)可，因為具有幾乎神奇的特性,，能夠?qū)Νh(huán)境作出反應(yīng)而變形,，這通常意味著溫度或濕度,。眾所周知，熱響應(yīng)的SMP,，對熱反應(yīng),，并且由于制造上的可承受性，輕質(zhì)特性和有利于科學(xué)家實驗的變形特性而提供許多不同的益處,，特別是由于易于編程這樣的形式,。

然而，在科學(xué)家們深入研究SMP之前,，他們必須了解SMP的機(jī)械特性和行為,，并了解它們記憶形狀的能力。在航空航天和醫(yī)藥等一系列應(yīng)用領(lǐng)域,，已經(jīng)為SMP專門開發(fā)了許多新材料,。在這項研究中，研究人員使用了一種半結(jié)晶熱塑性聚氨酯形狀記憶聚合物（MM4520）,。為了避免在3D打印過程中冒泡,，研究人員將聚氨酯顆粒在真空烘箱中干燥,，然后開始擠出過程：
投喂
熔化
成型
冷卻
曲折

切片過程將對象（右）轉(zhuǎn)換為一系列薄層（左）,。

采用Ultimaker 3進(jìn)行樣品制作，然后通過數(shù)控加工將矩形件制成狗骨樣品：
使用機(jī)械加工而不是直接打印狗骨頭的主要優(yōu)點是它可以從樣品邊緣去除殼層,，留下定向的裝配線,。

實驗室中SMP長絲擠出裝置

Brabender Inc.驅(qū)動系統(tǒng)連接到擠出機(jī)（頂部）的插圖，擠出機(jī)熔化桶的側(cè)視圖,，帶有四個加熱區(qū)（底部）

總體而言,，研究團(tuán)隊創(chuàng)建了120個樣本，具有四種不同的光柵角度（0°,，30°,，60°和90°）和三種不同的填充百分比水平（85％，100％和115％）,。拉伸試驗評估如下：
測量
彈性模量
屈服強度
最大延伸率
彈性模量
拉伸韌性

根據(jù)拉伸試驗結(jié)果,，除了85%具有90°光柵角的填充樣品外，沒有觀察到不同光柵角的彈性模量（e）的顯著變化,，與同一填充物的其他光柵角相比,，該填充樣品的彈性模量降低了約35%。此外,，填充百分比從85%增加到100%會導(dǎo)致彈性模量顯著增加,。

與彈性模量，屈服強度和彈性（E,，σy,，Ur）不同,，在任何填充百分比水平下，光柵角會引起最大伸長率（EL％）和拉伸韌性（UT）的顯著變化,。然而,，光柵角度的影響隨著填充百分比的減小而放大。此外,，100％填充樣品優(yōu)于85％和115％填充樣品,，在可變形性和拉伸韌性方面，除了90°光柵角度外,。

一批12個打印樣品（115％的內(nèi)襯和45°的光柵角）

隨著實驗的發(fā)現(xiàn),，創(chuàng)建了關(guān)于EBAM樣品的彈性模量的通用算法，需要具有0°和90°光柵角的樣品作為輸入,。盡管100％的填充樣品只有很小的差異,，但作者指出這些值與實驗結(jié)果不符。

因此,，根據(jù)EBAM流程原理,，引入了兩個不同的補償條款來修改CLPT模型。通過這些修改,，實驗值和預(yù)測值之間的差異顯著降低至0.25％至4.47％的最小范圍,。需要進(jìn)行額外的研究，以驗證本文中使用的模型和修改,，以驗證模型在不同條件下的可用性,。

SMP是當(dāng)今許多用戶的魅力所在，4D使用磁性墨水在硅酮中打印,，并使用它們來提高軟驅(qū)動器的性能,。