Модификация инженерных пластиков для 3D-печати

Технология 3D-печати - это инновационная технология обработки, развившаяся в последние годы, которая может преобразовывать цифровые модели в физические объекты, имеющие широкие перспективы применения. В настоящее время основными материалами, используемыми в технологии 3D-печати, являются полимерные материалы, которые легко обрабатываются, но механические свойства изделий недостаточны, что делает их не подходящими для областей с высокими требованиями к прочности и жесткости (например, автомобильная, медицинская техника и бытовая техника).

Технология 3D-печати

На сегодняшний день технологию 3D-печати, подходящую для инженерных пластиков, можно разделить на четыре типа: моделирование с использованием расплавленного нанесения (FDM), стереолитографию (SLA), селективное лазерное спекание (SLS) и ламинированное объектное производство (LOM), среди которых наиболее широко используется FDM.

Введение в технологию FDM

Процесс формования FDM в основном делится на две части: процесс экструзии и процесс нанесения, то есть термопластичные полимеры экструдируются через сопло при нагреве и давлении, в то время как сопло перемещается по заданной траектории для наслоения двумерных слоев слой за слоем. Технология FDM, благодаря таким преимуществам, как низкая стоимость, легкость в управлении, широкий спектр применяемых материалов и высокая утилизация материалов, получила широкое внимание, исследования в этой области охватывают различные сферы, такие как медицина, аэрокосмическая промышленность и образование.

Развитие технологии FDM

С развитием и популяризацией технологии 3D-печати, технология FDM неизбежно будет применяться в более широком спектре областей. Технология FDM может не только адаптироваться к сложным структурам и формам воздушных судов, улучшая их производительность и безопасность, но и сокращать время производства и снижать затраты. Однако внутренняя технология FDM и оборудование по-прежнему нуждаются в дальнейшем улучшении точности печати, стабильности и надежности, чтобы удовлетворить высокие стандарты аэрокосмической отрасли.

Технология модификации инженерных пластиков

Инженерные пластмассы обладают отличными свойствами, но существуют существенные различия между материальными свойствами инженерных пластмасс и технологией обработки 3D-печати, в основном включающие следующие аспекты:

1, Плохая текучесть материала приводит к нестабильности и разрывам в процессе печати, влияя на качество поверхности и размерную точность изделий.

2, Низкая температура термического разложения материала влияет на механические свойства и долговечность материала при высоких температурах печати.

3, Низкая прочность материала ограничивает несущую способность и устойчивость к ударам изделий, влияя на их безопасность и надежность.

4, Неравномерное охлаждение материала приводит к внутреннему напряжению и деформации изделий, влияя на геометрическую стабильность и размерную точность изделий. В то же время требования к характеристикам инженерных пластмасс часто выше, чем у обычных пластмасс. Поэтому для решения проблем инженерных пластмасс в 3D-печати необходимо их модифицировать, чтобы адаптироваться к условиям обработки 3D-печати и удовлетворить требованиям к характеристикам изделий.

Основные технологии модификации инженерных пластмасс включают следующие четыре типа:

1, Добавление смазочных веществ, неорганических наполнителей, порошковых покрытий и других веществ для увеличения текучести и обработаемости инженерных пластмасс.

2, Добавление армирующих материалов, таких как стекловолокно, металлические волокна и древесные волокна, для улучшения жесткости и прочности инженерных пластмасс, делая их пригодными для усиленной модификации в условиях высоких температур и давлений 3D-печати.

3, Ускорение скорости затвердевания инженерных пластмасс и снижение остаточных напряжений путем использования подходящих нуклеирующих агентов и композиций с различной теплоемкостью для быстрой затвердевающей модификации.

4, Наделение пластмассы некоторыми специальными функциями (такими как проводимость, теплопроводность, самовосстановление, биосовместимость и т. д.) для расширения области применения и потенциала инженерных пластмасс в области производства 3D-печати.

В заключение, технология модификации инженерных пластмасс может улучшить характеристики инженерных пластмасс, расширить их более широкое применение, предоставить больше вариантов и инноваций для 3D-печати и дальнейшее расширение потенциала применения 3D-печати в более широком спектре областей.

Модификация общих инженерных пластмасс для 3D-печати

Модификация ABS

ABS - это широко используемый термопластичный полимерный материал с преимуществами, такими как высокая прочность, хорошая упругость и легкость обработки. Для дальнейшего улучшения характеристик ABS часто требуется его модификация.

Стекловолокно - это широко используемый армирующий материал, который может улучшить прочность, твердость и долговечность ABS. В применении композитных материалов ABS с армирующим стекловолокном для 3D-печати автомобильных деталей проявляются отличные характеристики, производя детали более прочные и долговечные.

Органомонтмориллонит (OMMT) является эффективным модификатором ABS, который значительно улучшает механические и термические свойства материала. Нанокомпозиты ABS/OMMT, приготовленные с использованием OMMT, имеют более высокий модуль упругости на растяжение, прочность на изгиб, модуль упругости на изгиб и модуль хранения энергии, в то время как линейное тепловое расширение и термическая утрата веса значительно снижаются.

Пластик ABS не только обладает хорошей устойчивостью к деформации и коррозии, но также обладает высокой термической стойкостью. Однако во время процессов высокотемпературной печати может возникнуть явление снижения текучести, что приводит к плохому качеству напечатанных деталей. Материалы, такие как тальк и мика, обладают высокой текучестью и, используя их в качестве добавок для модификации ABS, можно эффективно снизить его вязкость при плавлении и термическое напряжение, улучшить его реологические свойства, тем самым улучшив текучесть во время процесса печати и качество напечатанных деталей. Кроме того, тальк и мика также могут дополнительно усилить жесткость и термическую стойкость ABS, улучшая его стабильность в условиях высоких температур.

В настоящее время китайская компания разработала композитные материалы ABS/nano-TiO2. После 3D-печати этот композитный материал не только сохраняет стабильность основных параметров производительности ABS, но и увеличивает механические свойства ABS, проявляя лучшую прочность и упругость.

Вышеуказанные модификации предоставляют более широкие перспективы для применения ABS и предлагают более отличные варианты материалов для 3D-печати в различных областях.

Модификация PA

Полиамид (PA) - это высокопроизводительный инженерный пластик, широко используемый в повседневной жизни благодаря своим преимуществам, таким как высокая прочность, хорошая гибкость, высокая температура деформации при нагреве и низкое сжатие. По сравнению с ABS, PA обладает лучшей упругостью и высокой ударной прочностью, и ее применение в 3D-печати все более ценится.

Более того, через модификацию механические свойства PA могут быть усилены, что дополнительно расширяет ее область применения. Цзян Чжэнцзы и др. приготовили композитные порошковые материалы PA12/MWCNTs с использованием методов твердофазного мелкого измельчения, что привело к значительному увеличению прочности на растяжение и ударной прочности с выемкой.

Модификация PEEK

Полиэфирэфиркетон (PEEK) - это высокопроизводительный полимерный материал с отличными физическими и химическими свойствами, такими как высокая термостойкость, стойкость к износу, стабильность размеров, электрическая изоляция и биосовместимость. У него огромный потенциал и исследовательская ценность в технологии 3D-печати, особенно в высокотехнологичных областях, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и медицина.

Материал PEEK может использоваться для изготовления сложных структурных и функциональных компонентов. С непрерывным прогрессом и инновациями в технологии 3D-печати применение материала PEEK в 3D-печати показывает разнообразные и обширные тенденции развития. Европейское космическое агентство использовало материал PEEK для 3D-печати компонентов для малых спутников.

Хотя у PEEK отличные физические и химические свойства, его высокая температура плавления и вязкость делают его сложным для печати с использованием традиционных 3D-принтеров. На основе этого Дай Цзин предложил новый метод 3D-печати, который ускоряет процесс плавления инженерных пластмасс за счет увеличения положительного температурного коэффициента и термических излучателей, а также оптимизации параметров печати. Результаты показали, что новый метод может печатать материал PEEK, и скорость подачи значительно влияет на коэффициент заполнения продукта. Эти исследования предоставляют практичное решение для использования специальных инженерных пластмасс в технологии 3D-печати, способствуя более широкому применению инженерных пластмасс в области 3D-печати.

Заключение

Исследования и разработки технологии модификации инженерных пластмасс для 3D-печати имеют большое значение. Путем улучшения механических свойств, термостойкости, устойчивости к коррозии и проводимости материалов можно расширить применение технологии 3D-печати в различных областях и улучшить функциональность и качество напечатанных 3D-продуктов. Однако все еще существуют некоторые проблемы и вызовы в технологии модификации инженерных пластмасс для 3D-печати, такие как нестабильные эффекты модификации, неясные механизмы модификации и высокие затраты на модификацию, требующие дальнейших исследований и исследований.