來源: 增材之光
與減材制造相比,,增材制造的獨特優(yōu)勢在于更容易加工金屬,具有生產(chǎn)獨特幾何形狀的部件的額外好處,。除了開放處理難于加工的材料(如難熔金屬)之外,,增材制造還使金屬基復(fù)合材料的加工(MMC)成為可能,。一項發(fā)表在《機械工程學(xué)報》的研究記錄了一個研究小組為結(jié)合金屬和增強纖維的不同性能而采用的3D打印MMC的方法,。
來自陜西省快速制造技術(shù)工程研究中心的研究人員將錫鉛與碳纖維結(jié)合起來,,一方面探索利用鉛的輻射屏蔽性能,另一方面利用碳纖維強度的可能性。同時,,這項研究試圖展示鉛的3D打印能力,,以前由于鉛的潤濕性(液態(tài)時無法粘在固體表面)而很難實現(xiàn)。
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2020-5-3 13:37 上傳
FTP流程概述,。圖片由《機械工程學(xué)報》提供,。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo),研究團隊依靠具有更好潤濕性的液態(tài)錫鉛,。通過一種被稱為纖維牽引打�,。‵TP)的工藝,將電鍍有鎳和銅的碳送入擠出機,,再將其浸入熔融的錫鉛,并使用類似于Markforged,,Anisoprint現(xiàn)有復(fù)合3D打印機的材料擠壓工藝進行打印,。
研究人員對這項技術(shù)進行了多次觀察。例如,,由于液態(tài)金屬的表面張力,,研究人員無法從理論上計算出如何實現(xiàn)形態(tài)均勻性。但是,,該團隊能夠確定打印速度和沉積均勻性之間的實際關(guān)系,。盡管電鍍程度更高的碳纖維沒有顯示出可觀察到的缺陷,但在液態(tài)金屬和纖維之間的潤濕性也較低,,且鍍層較厚,。
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樣品在(a)1毫米/秒,(b)2毫米/秒,,(c)3毫米/秒和(d)4毫米/秒的打印速度和10/100,、20/100、30/100,、40/100的送絲速度打印試樣的單絲形態(tài),。圖片由《機械工程學(xué)報》提供。
研究表明,,通過將液態(tài)金屬與碳纖維結(jié)合,,不僅可以將液態(tài)金屬模制成所需的形狀,而且還可以改善低熔點合金(如錫鉛)的機械性能,。當(dāng)使用帶有3微米電鍍層的碳纖維時,,錫鉛材料的抗拉強度從33.3MPa增加到235.2MPa。隨著電鍍層厚度的增加,,纖維體積也增大,。
3D打印鉛的功能可能會導(dǎo)致需要輻射屏蔽的獨特部件,如航天器。該團隊認為,,F(xiàn)TP流程可以擴展到其他MMC,,如碳纖維鋁和碳纖維鎂。
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2020-5-3 13:37 上傳
圖片由《機械工程學(xué)報》提供
由于金屬基復(fù)合材料幾乎總是比它們要替代的傳統(tǒng)材料更貴,,因此通常只用于高端應(yīng)用,,如高性能刀具(碳化鎢)、跑車(碳纖維和碳化硅,、碳化硼鋁),、電子產(chǎn)品(銅銀和鉆石,鋁石墨),,和航空航天(碳化硅纖維和鈦),。同樣,由于規(guī)模的問題,,增材制造也經(jīng)常保留給高端的短期應(yīng)用程序,。反過來,隨著打印MMC能力的提高,,我們預(yù)計這兩個領(lǐng)域可能會有更大的重疊,。
到目前為止,許多機構(gòu)都在進行打印MMC的研究,,包括加利福尼亞州立大學(xué),,該校的一個團隊正在用陶瓷3D打印鈦合金。AGH大學(xué),,將Inconel625和碳化鎢結(jié)合在一起,;迪肯大學(xué)(DeakinUniversity),將氮化硼和鈦混合在一起,。
盡管這類研究自然要花時間才能超越實驗室的界限,,但毫無疑問,現(xiàn)有的商業(yè)實體很可能正在研究類似的技術(shù),,特別是如果這些企業(yè)已經(jīng)在經(jīng)營纖維復(fù)合材料和金屬,,就像DesktopMetal和Markforged一樣。
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