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  3D打印技術(shù)，是一種無(wú)需復(fù)雜模具和頻繁人工操作的快速成型技術(shù)，目前廣泛采用的熔融沉積成型（FDM）3D打印技術(shù)，多使用純樹(shù)脂或短纖增強(qiáng)樹(shù)脂為打印原材料，其成型制品的機(jī)械性能往往低于傳統(tǒng)加工方式，難以滿足各領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系男枨�。為獲得更高性能的打印制品，北京化工大學(xué)新材料及裝備研究室賈明印副教授開(kāi)發(fā)熔融浸漬法制備高纖維含量（45wt%以上）的連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸（CGF/PLA）預(yù)浸絲，如圖1所示，將其作為打印耗材用于研制的FDM 3D打印機(jī)，以制備機(jī)械性能更優(yōu)的打印制品。

圖1續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性3D打印絲材制備設(shè)備

  為了實(shí)現(xiàn)聚乳酸（PLA）對(duì)玻璃纖維束的完全浸漬，得到機(jī)械性能更好的連續(xù)玻纖增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料打印制品，北京化工大學(xué)賈明印副教授放棄了傳統(tǒng)的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印方法——在打印頭內(nèi)進(jìn)行纖維浸漬后直接打印制品，提出了一種新型的3D打印工藝流程（圖2），使用自行設(shè)計(jì)的熔融浸漬設(shè)備（圖2）對(duì)連續(xù)玻璃纖維束進(jìn)行充分浸漬并制備成1mm直徑的預(yù)浸絲，將其作為打印耗材用于自行改裝的FDM 3D打印機(jī)，并研究預(yù)浸絲浸漬工藝參數(shù)和打印工藝參數(shù)對(duì)打印制品機(jī)械性能的影響。

圖2. CGF/PLA復(fù)合材料3D打印制備與測(cè)試示意圖

圖3. CGF/PLA預(yù)浸絲制備示意圖及不同纖維含量對(duì)其機(jī)械性能的影響

  一定程度上增加預(yù)浸絲的纖維含量能有效地提高打印制品的機(jī)械性能，纖維含量達(dá)到45wt%時(shí)制品機(jī)械性能更優(yōu)。繼續(xù)提升纖維含量，樹(shù)脂含量很低，會(huì)使打印過(guò)程愈發(fā)困難，也會(huì)降低預(yù)浸絲的黏結(jié)能力，使制品力學(xué)性能一定程度降低。該研究就打印溫度和打印速度對(duì)CGF/PLA復(fù)合材料制品機(jī)械性能進(jìn)行了測(cè)試與分析（圖3）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著打印溫度的提升，制品的機(jī)械性能提高，隨著打印速度的提高，制品的機(jī)械性能有所下降。經(jīng)過(guò)相關(guān)工藝參數(shù)的優(yōu)化，CGF/PLA復(fù)合材料打印制品的彎曲強(qiáng)度和模量分別達(dá)到313MP和21.5GPa，其機(jī)械性能明顯高于使用單一物料或使用短纖增強(qiáng)的復(fù)合材料為原材料的FDM 3D打印制品，相對(duì)于在打印噴頭內(nèi)部對(duì)連續(xù)纖維進(jìn)行浸漬然后直接打印的制品，該研究能顯著提高樹(shù)脂對(duì)連續(xù)纖維束的浸漬程度，對(duì)制品的機(jī)械性能有一定程度的提升。

  該工作以《Optimization of printing parameters of 3D-printed continuous glass fiber reinforced polylactic acid composites》為題發(fā)表在《Thin-Walled Structures》上，第一作者為北京化工大學(xué)的陳軻博士后，通訊作者為北京化工大學(xué)的賈明印副教授。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823121001877