研究人員探索熱塑性纖維增強復(fù)合材料實現(xiàn)4D打印
時間：2019-09-25 08:38 來源：中國3D打印網(wǎng) 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國3D打印網(wǎng)8月21日訊，一組研究人員在《用于4D打印的熱塑性纖維增強復(fù)合材料的表征和精確的有限元分析》的論文中正在進(jìn)一步研究下一維度。盡管3D打印領(lǐng)域沒有這么多方式被利用，但許多對變形材料充滿好奇的科學(xué)家，工程師，設(shè)計師和創(chuàng)新用戶提供了更大的功能。在這里，重點是基于FDM的4D打印，并使用熱塑性塑料來制造偽影。在研究有關(guān)結(jié)構(gòu)載荷減弱和設(shè)計質(zhì)量受限的問題時，研究人員研究了由聚乳酸（PLA）和碳纖維增強PLA（CFPLA）制成的結(jié)構(gòu)。他們的目標(biāo)是加強4D打印的工件，并創(chuàng)建一個包括物理實驗和動態(tài)機械分析（DMA）的工作流程，以進(jìn)行材料表征。然后，將工作流用于使用不同打印參數(shù)創(chuàng)建的樣品進(jìn)行分析。
4D打印方法仍然存在許多局限性，從缺乏剛度的問題到不準(zhǔn)確的數(shù)值模擬，以及材料，機械性能和性能方面的一系列挑戰(zhàn)。至于模擬，研究人員還指出，對于4D打印，過程必須更精確，材料必須更堅固。他們的答案是使用碳纖維PLA（CFPLA），一種易于3D打印的材料，還可以與PLA混合以制成雙層纖維增強復(fù)合材料（FRC）。
研究人員說：“通過對打印路徑進(jìn)行編程，可以方便，有效地分層設(shè)計和制造FRC，并且還可以提高FRC設(shè)計的準(zhǔn)確性。”最終，該團(tuán)隊利用3D打印的經(jīng)典優(yōu)勢為他們的研究創(chuàng)建了三種設(shè)計，從能夠創(chuàng)建多個版本而不必回到圖紙表獲取新原型的能力，以及生產(chǎn)速度和可負(fù)擔(dān)性。他們創(chuàng)建了以下內(nèi)容：
模塊化燈罩設(shè)計迭代。結(jié)果表明，經(jīng)過八次迭代后，燈罩可以很好地適合燈管。
為了準(zhǔn)確地進(jìn)行模擬，已經(jīng)進(jìn)行了實驗以量化FRC熱塑性組分的超彈性和粘彈性。這些測試包括彈性部件的單軸拉伸和壓縮測試，粘性部件的DMA和具有不同應(yīng)變水平的單軸卸載-再加載以產(chǎn)生塑性變形和Mullins效應(yīng)。“我們的方法的準(zhǔn)確性已通過幾個創(chuàng)新的設(shè)計實例在計算和實驗上得到了驗證，并且至少達(dá)到95％。我們認(rèn)為，提出的工作流程對于幾何，材料機制和設(shè)計的結(jié)合至關(guān)重要，并且具有多種潛在應(yīng)用。”
4D打印方法仍然存在許多局限性，從缺乏剛度的問題到不準(zhǔn)確的數(shù)值模擬，以及材料，機械性能和性能方面的一系列挑戰(zhàn)。至于模擬，研究人員還指出，對于4D打印，過程必須更精確，材料必須更堅固。他們的答案是使用碳纖維PLA（CFPLA），一種易于3D打印的材料，還可以與PLA混合以制成雙層纖維增強復(fù)合材料（FRC）。
研究人員說：“通過對打印路徑進(jìn)行編程，可以方便，有效地分層設(shè)計和制造FRC，并且還可以提高FRC設(shè)計的準(zhǔn)確性。”最終，該團(tuán)隊利用3D打印的經(jīng)典優(yōu)勢為他們的研究創(chuàng)建了三種設(shè)計，從能夠創(chuàng)建多個版本而不必回到圖紙表獲取新原型的能力，以及生產(chǎn)速度和可負(fù)擔(dān)性。他們創(chuàng)建了以下內(nèi)容：
模塊化燈罩–分為2×4柵格作為頂部，左下方為2×2柵格，以及2×2作為右下方。
瓶托–尺寸約為500mm x 200mm。
模塊化燈罩設(shè)計迭代。結(jié)果表明，經(jīng)過八次迭代后，燈罩可以很好地適合燈管。
為了準(zhǔn)確地進(jìn)行模擬，已經(jīng)進(jìn)行了實驗以量化FRC熱塑性組分的超彈性和粘彈性。這些測試包括彈性部件的單軸拉伸和壓縮測試，粘性部件的DMA和具有不同應(yīng)變水平的單軸卸載-再加載以產(chǎn)生塑性變形和Mullins效應(yīng)。“我們的方法的準(zhǔn)確性已通過幾個創(chuàng)新的設(shè)計實例在計算和實驗上得到了驗證，并且至少達(dá)到95％。我們認(rèn)為，提出的工作流程對于幾何，材料機制和設(shè)計的結(jié)合至關(guān)重要，并且具有多種潛在應(yīng)用。”
如今，3D打印和4D打印幾乎同時增長，這取決于許多研究和各個級別的用戶對許多新材料的研究和投入使用。從執(zhí)行器的創(chuàng)新到性能的提高，再到復(fù)合材料的印刷，這都將繼續(xù)進(jìn)行廣泛的研究應(yīng)用。
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