多组分多层级3D打印材料研究进展

多组分多层级3D打印材料(McMl3DPMs)是一种新兴的先进材料,源于多孔材料、复合材料和增材制造的融合。由于增材制造赋予了Mc Ml3DPMs三维架构跨越广泛组分构成和结构类型的能力,Mc Ml3DPMs拥有杰出的机械性能,甚至是通常被认为相互排斥的性能(例如高强度和高韧性)。本文重点介绍为了实现高性能结构用Mc Ml3DPMs所必须解决的科学挑战以及最近研究工作对此做出的努力,将从结构设计、制造过程建模、缺陷表征和性能评价3个方面对相关案例进行回顾。最后,本文指出了当前研究的不足之处,并展望了Mc Ml3DPMs的未来发展,包括讨论了进一步推进这一新兴领域发展的几个可能的研究方向。

磷石膏基3D打印材料制备及性能研究

研究了微硅粉及缓凝剂对磷石膏基3D打印材料可打印性及力学性能的影响。结果表明,随着微硅粉掺量增加,材料流动度先增大后减小,高度保留率逐渐减小,强度变化不大;微硅粉掺量4%时,材料的可挤出性得到改善且抗压强度较高。从可打印性来看,200P、SG12X缓凝剂对材料初始时的可打印性影响较小,但材料的可打印时间较短,且二者掺量较高,影响材料早期强度发展;GR200缓凝剂对材料初始可打印性的影响相对较大,但材料的可挤出性保持时间较长;从强度来看,200P对强度基本无影响,GR200引起的强度损失较小,而SG12X造成的强度损失较大。综合考虑,宜选择GR200作为磷石膏基3D打印材料的缓凝剂,其掺量控制在0.15%~0.20%。从打印效果来看,加入微硅粉后材料的可挤出性显著改善,DY3组材料初始流动度176 mm、初始高度保留率88.7%,可打印性良好。

车用3D打印材料疲劳缺陷特征研究

本文以缺陷检测实验为基础,对车用3D打印材料疲劳缺陷进行研究。针对经过疲劳加载的碳纤维试样,开展阶段性疲劳缺陷检测试验。通过XCT扫描,得到其内部断层图像,并重建获取不同加载阶段的材料缺陷特性。在对缺陷位置分布与体积大小分析的基础上,进行碳纤维复合材料疲劳缺陷研究。

水泥基建筑3D打印材料的制备及应用研究

水泥基建筑3D打印材料主要原料是指快硬硫铝酸盐水泥和矿物掺合料组成的复合胶凝材料,以及尾矿机制砂,通过添加复合调凝剂和复合体积稳定剂等制备而成,可直接泵入建筑用3D打印机中应用于施工。试验结果表明制备的3D打印材料具有下述特点：早期强度高,后期强度发展稳定,其中2 h抗压强度为10～20 MPa,3 d抗压强度为40～50 MPa,28 d抗压强度为50～60 MPa;凝结时间可调节,一般初凝时间为20～50 min,终凝时间为30～60 min;可满足建筑3D打印施工连续性和强度要求。

3D打印材料的发展现状

3D打印,又称作增材制造,是快速成型技术的一种,被誉为"第三次工业革命"的核心技术.材料是3D打印的物质基础,也是当前制约3D打印发展的瓶颈.文章综述了3D打印材料的发展现状,重点介绍了用于3D打印的几类主要材料,并指出了当前3D打印材料发展所面临的问题.

粉煤灰/磷渣微粉改性水泥基3D打印材料的制备与工作性研究

建筑3D打印技术相对于传统建造技术具有效率高、成本低、污染小、安全性高等优点,但建筑3D打印材料限制了3D打印技术在建筑行业的发展。近年来,水泥基建筑3D打印材料的研究正受到越来越多研究人员的关注和青睐,相对于传统水泥基材料其需要有短的凝结时间,适宜的流动度,良好的可挤出性以及良好的可堆积性能,这样才可打印出完整的打印体。本文设计了不同配合比的粉煤灰(FA)/磷渣微粉(PS)改性水泥基3D打印材料,并对FA/PS改性水泥基3D打印材料的凝结时间、流动度以及可堆积性等进行了研究。研究结果表明:除FA 10-50外,FA改性的水泥基3D打印材料以及SAC掺量为胶凝材料总量的15%时的PS改性的水泥基3D打印材料能满足建筑3D打印对凝结时间的需求;FA 10-40、FA 10-50、FA 15-10、FA 15-30、FA 15-40的流动度在200 mm及以内,具有适宜的流动度,能满足建筑3D打印对流动度的要求,而PS改性的水泥基3D打印材料的流动度均大于200 mm,难以满足建筑3D打印对流动度的要求;FA 15-10、FA 15-40、FA 15-50以及PS 15-30和PS 15-40能打印至50层且变形较小,具有良好的可堆积性能。

紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷的制备及在3D打印材料中的应用研究

3D打印材料近年来备受关注。通过对硅氧烷树脂进行化学改性,引入钛元素和硼元素,制得紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷新型复合材料。采用傅里叶红外光谱进行结构分析,考察了产品的UV光固化转化率、涂膜性能等。对以紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷树脂为底物,考察了在3D打印材料中的性能。与同类产品比较,柔韧性和耐热性更高,固体收缩率更小。

浅析3D打印材料的研究进展

3D打印技术(又称3D快速成型技术或增材制造技术)是20世纪80年代后期开始兴起的一项新型制造技术。打印材料是影响3D打印效果的关键因素,本文综述了近年来,国内外3D打印材料的研究及发展状况,并对未来打印材料的发展前景进行了展望。

高聚物的新型3D打印材料开发进展

综述了一般3D打印技术的概念、产业及其发展。重点介绍了高聚物在3D打印材料中的应用。持续跟踪结果表明:一批新型高聚物的3D打印材料推向市场,一批国际知名化工公司也在积极介入3D打印业务。

基于PDM的3D打印材料的分析与研究

引领产业发展前沿的3D打印技术吸引了人们的眼球,但3D打印耗材成为制约3D打印技术广泛应用的关键因素。在以新材料、新技术、新装备和新产品为重点的今天,3D打印塑料耗材被明确为重点发展的产品,该文从温度、打印性能、强度、气味、适用场景和不适用场景等方面详细阐述了最常见的两种基于FDM桌面打印机材料——ABS丝材和PLA丝材的优缺点,力争在新一轮科技革命和产业变革中取得新的突破,这为3D打印塑料耗材的进一步研究奠定了强有力的基础。

3D打印材料PA-CF强度研究

本文对PLA、ABS、PA6-CF和PA12-CF等3D打印材料进行对比试验,对材料的使用性能对比分析。试验证明,干燥的尼龙和碳纤维的共混物具有拉伸强度高和缺口冲击强度高等特点,相对于ABS和PLA具有明显优势;没有经过干燥处理的尼龙和碳纤维共混物拉伸强度和缺口冲击强度相对于ABS和PLA没有优势。对熔融堆积(FDM)的3D打印机材料选择和打印参数设定具有重要的参考意义。

氧化剂对提升高分子3D打印材料热稳定性效果分析

高分子3D打印材料经常容易受到高温的影响,所以对其热稳定性能有一定的要求。本文选择氧化剂提升高分子3D打印材料的热稳定性。通过实验研究的方法,对两种不同的氧化剂应用于高分子材料中分析其热稳定性效果。实验结果表明:相比于氧化剂1,氧化剂2对高分子材料的热稳定性能有明显的提高;氧化剂的用量对提高高分子材料的热稳定性效果不明显,所以选择0.5%的氧化剂更有利于节约成本。

纤维素纳米纤丝在生物质基3D打印材料中的应用研究

本文综述了近年来纤维素纳米纤丝(CNF)及其相关的复合材料用作生物质基3D打印材料在医学、纺织品、食品、导电材料、智能材料等几个热门领域中的应用研究进展,以及CNF在生物质基3D打印材料中的作用与功能。最后,对CNF作为一种多功能的纳米材料在生物质基3D打印技术中的应用前景做了展望。

国内外金属3D打印材料现状与发展

介绍了金属3D打印技术基本概念及工艺优势;总结了国内外金属3D打印材料种类、应用及制造工艺,分析了金属3D打印材料目前存在的问题及未来发展趋势。结果表明,铝合金、钛合金、铁基合金等金属3D打印材料发展迅速,传统的3D打印金属材料及复合材料需要进行重点研究。

《3D打印材料与技术》课程的教改认识与实践

3D打印技术作为在全球爆发式发展的快速成型制造技术,已经被广泛地引入到我国的教育教学中,这一技术的应用也为制造类、材料类专业的教育工作提供了新的理念与思路。本文针对3D打印技术课程特点及现有的教学问题,提出优化传统教学的创新手段,激发学生的兴趣和创造能力,提高学生思维创新与实践能力。

基于数字体相关方法的3D打印材料内部变形测量

采用工业CT设备获取3D打印材料试样受载变形前后的三维数字体图像,并使用数字体相关(digital volume correlation,DVC)方法计算出试样内部三维位移场和三维应变场,研究试样在载荷作用下的内部变形与损伤演化规律,通过设计制作具有1700 N拉压加载能力的原位加载装置,结合微纳CT设备建立拥有原位加载与观测能力的DVC方法实验装置,其最高成像分辨率可达10μm。结果表明:对采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)工艺方法制作的3D打印铝合金试样进行原位拉伸实验,并使用DVC方法获取试样内部的全场位移与应变数据,测得的弹性模量数据与常规实验方法结果完全吻合,验证了使用DVC方法对内部位移场和应变场进行测量的有效性。

可低温打印的新型聚酯型3D打印材料的合成与性能研究

以生物基化学品1,4-丁二酸、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇为聚合单体,钛酸四丁酯为催化剂,采用熔融缩聚法合成了不同醇酸摩尔比和不同1,2-丙二醇含量的聚(丁二酸-丁二醇-1,2-丙二醇)(PBSP),研究其热学性能、热稳定性和低温3D打印性能。结果表明:引入1,2-丙二醇可以降低聚丁二酸丁二醇酯熔点、改善熔体流动性,得到一种适用于熔融沉积成型技术的可低温打印、无毒、可降解的3D打印材料;当醇酸摩尔比为1.13、1,2-丙二醇占醇摩尔分数为0.1时,PBSP聚酯为实现低温3D打印的优选材料。

用于颅脑容积导体模型构建的3D打印材料的电阻率调控方法研究

目的 :提出一种准确调控3D打印模型电阻率的方法,为进一步构建真实人体颅脑容积导体模型奠定良好基础。方法:通过电阻率的测量与分析,优选出能涵盖脑实质组织与颅骨组织电阻率范围的ABS/CB复合导电打印材料;分析2种ABS/CB材料的配比与电阻率的相关关系,利用指数函数拟合得到材料电阻率与配比关系的经验公式。结果:所选ABS/CB复合导电材料具有良好的频率稳定性与时间稳定性,拟合所得的指数经验公式具有高相关系数。结论:利用该方法可实现对3D打印模型电阻率的准确控制,为获取电阻率与颅骨和脑实质组织一致的3D打印材料提供了有效的方法。

基于激光超声技术的3D打印材料表面缺陷检测研究

3D打印材料表面缺陷在检测过程中存在人为干扰因素,使其检测结果不佳。针对该问题,研究了基于激光超声技术的3D打印材料表面缺陷检测方法。首先对3D表面材料缺陷检测超声波实施去噪处理;通过核主成分分析法提取超声波能量特征,将特征作为支持向量机的输入进行学习,实现3D打印材料表面缺陷检测和类识别。实验结果表明:该方法可去除3D金属材料激光超声波回波信号噪声,可有效检测存在0.02 mmh和0.05 mm微小缺陷的3D打印材料,具备较强应用性。

基于超声技术的船用零件3D打印材料缺陷检测方法

以提升船用零件3D打印材料缺陷检测水平为目标,设计基于超声技术的船用零件3D打印材料缺陷检测方法。选取PXUT-395数字式超声波探伤仪作为船用零件3D打印材料的超声检测装置,设置超声检测装置的超声波探头型号为Olympus V382-SU,采集船用零件3D打印材料的超声波信号;利用WVD变换方法处理超声检测装置采集的超声波信号,提取3D打印材料超声波信号的时域特征。选取极限学习机作为缺陷检测方法,设置所提取的超声波时域特征作为极限学习机的输入,输出船用零件3D打印材料缺陷检测结果。实验结果表明,该方法有效检测船用零件3D打印材料的裂纹、气泡缺陷,缺陷检测误差在1 mm以内。