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美国陆军开发了高强度多聚合物长丝,用于低成本3D打印机

中国3D打印网4月27日讯,美国陆军现在研究产生了一种新的多聚物长丝,该长丝设计用于低成本FFF 3D打印机。高强度长丝有望在战斗领域中发挥作用,及时生产任务关键型零件,而成本仅为传统零件的一小部分。这项研究被刊登在4月版的“高级工程材料”的封面上。
  多热塑性长丝
         FFF由于其进入门槛低和成本相对较低而成为当今最常用的3D打印技术。但是,使用FFF制成的零件往往缺乏机械强度,因此,建议不要将它们用于承受高强度战斗的高风险野外作业。美国陆军的研究旨在克服现成的灯丝的局限性,而不是制造出与使用它的战士一样坚固的东西。
         研究人员将ABS和聚碳酸酯(PC)结合在一起来配制他们的新型长丝。使用3D打印机创建固体预成型件,该预成型件由较低温度的ABS外壳和较高温度的星形PC芯组成。然后使用热拉伸塔通过直径和张力传感器喂入固体预成型件,将其转换回细丝。新拉出的长丝作为原料循环使用,但这次是ABS和PC的混合物,赋予了其优越的机械性能。为了完成该过程,将从新灯丝打印的3D零件在烤箱中退火24-48小时,以将各层完全融合在一起,从而增加了额外的结构完整性。
          3D打印零件从热室中出来,其延展性可与注塑ABS零件相媲美,并且断裂韧性值比相同的ABS几何形状高1500%(15x)。研究人员得出结论,PC注入有助于抵抗热致蠕变并在退火过程中保持精确的零件尺寸。该小组希望将来将退火时间缩短到四个小时或更短。

 3D打印预成型件并绘制细丝
  3D打印预成型件并绘制细丝。图片来自美国陆军。
  现场增材制造
         该研究的合著者埃里克·韦泽尔博士(Eric Wetzel)说,陆军正在寻求在野外打印零件以简化后勤工作。通过携带数字文件和原材料,可以省去过多的物理零件。不幸的是,迄今为止,用于3D打印高强度零件的技术在远征环境中还不实用。打印机太大,需要太多的能量来操作,其构造相当精细,其原料需要专门的存储条件。
        APG陆军C5ISR中心的机械工程师Jeff Wallace补充说:“可以选择通过FFF工艺从高强度聚合物中增材制造零件,在野外,部门和/或仓库级肯定会为战士提供能够以更快的速度生产出更好的临时零件的能力-相对于数天或数周而言,耗时数小时之多,而成本却要低得多,往往只要几美分。
        中国3D打印网点评:此外,士兵往往会根据需要即兴发挥作用,常常会针对自己面临的问题找到自己的设计解决方案。这样,为他们提供了可以在他们可以使用的台式打印机中使用的更高强度的聚合物材料,从而为他们提供了即时创新的机会,以临时解决更多的供应和设计难题。然后将他们的设计发送到适当的工程支持活动进行评估。”

Eric Wetzel博士演示了热绘图过程。图片来自美国陆军。

       该研究的更多细节可以在题为“用双热塑性长丝制造的坚韧,增材制造的结构”中找到。它由Kevin Hart,Ryan Dunn和Eric Wetzel合着。美国武装部队使用增材制造生产零件并进行野战研究的历史。今年早些时候,美国陆军宣布正在努力发展其供应链,以支持增材制造的整合。最近,陆军开始与特拉华大学合作进行研究,以使用Roboze ARGO 500 3D打印机3D打印高温复合材料。

(责任编辑:中国3D打印网)