ABS+PC，美軍開發(fā)出用于FFF 3D打印的高強度多聚物線材

2020年4月25日，南極熊從外媒獲悉，美國陸軍近日發(fā)布了一項新的研究結果，是一種用于低成本FFF 3D打印機的多聚物線材設計。這種高強度線材有望在戰(zhàn)場上提供幫助，以傳統(tǒng)零件的一小部分成本及時生產出關鍵零件。該研究被《Advanced Engineering Materials》雜志4月版封面報道。

多聚物線材

FFF是目前最常見的3D打印技術，因為其進入門檻低，成本相對較低。然而，使用FFF創(chuàng)建的零件往往缺乏機械強度，因此一般不建議將其用于高風險的實戰(zhàn)行動中，因為這些零件要經受嚴酷的作戰(zhàn)環(huán)境。美國陸軍的研究希望克服現(xiàn)有線材的局限性，創(chuàng)造出堅固的東西。

研究人員將ABS和聚碳酸酯（PC）結合起來，配制出了他們的新型線材。首先，他們用3D打印機制作了一個圓柱實體，它由溫度較低的ABS外殼和溫度較高的PC芯組成。然后用拉絲機將固體預成型體轉化為線材。新拉出的線材可以再次用作3D打印的原料，但這次是ABS和PC的混合物，賦予了它優(yōu)越的機械性能。為了完成這個過程，用新線材3D打印出來的零件需要在烤箱中退火24-48小時，使各層完全融合在一起，增加了額外的結構完整性。

3D打印出來的零件在熱室中的延展性與注塑成型的ABS零件相當，斷裂韌性值比相同的ABS幾何形狀的零件高1500%（15倍）。研究人員認為，PC灌注有助于抵抗熱誘導的蠕變，并在退火過程中保持了零件的精確尺寸。該團隊希望未來能將退火時間縮短到4小時或更短。

△3D打印預成型件和拉絲過程，圖片來源：美國陸軍。

實戰(zhàn)中的快速成型制造

該研究報告的共同作者Eric Wetzel博士表示，陸軍正在尋求在野外打印零件，以簡化后勤工作。通過攜帶數(shù)字文件和原材料，將省去了攜帶過多的實物零件的需要。不幸的是，迄今為止，3D打印高強度零件的技術在遠征環(huán)境中并不實用。打印機的體積太大，操作起來需要的能量太多，而且其原料需要專門的存儲條件。

陸軍機械工程師Jeff Wallace補充說："在野戰(zhàn)、師和/或倉庫一級，通過FFF工藝用高強度聚合物增材制造零件的選擇，無疑將為作戰(zhàn)人員提供更快地生產更好的臨時零件的能力--幾小時比幾天或幾周要快得多--而且成本也要低得多。"

Wallace總結道："此外，士兵們往往會根據需要隨機應變，往往會找到自己設計的解決方案來解決他們面臨的問題。因此，為他們提供一種強度較高的聚合物材料，使他們有機會根據需要臨時解決更多的供應和設計難題，在桌面打印機中使用，可以使他們有機會進行即興創(chuàng)新。然后，他們的設計將被送到適當?shù)墓こ讨С只顒又羞M行評估。"

Eric Wetzel博士在演示拉絲過程，圖片來自美國陸軍。

有關這項研究的更多細節(jié)，請參見題為 "Tough, Additively Manufactured Structures Fabricated with Dual‐Thermoplastic Filaments"的論文。該論文由Kevin Hart、Ryan Dunn和Eric Wetzel共同撰寫。


編譯自：3dprintingindustry