围绕挤出式3D打印技术对各类材料影响的研究

更新时间: 2021-07-29 15:19:48 查看次数: 593

北京挤出式3D打印技术，材料适配性高，可以适用多种高分子树脂基底材料的3D打印，从热塑性材料到热固性树脂；打印过程可控，通过对打印参数以及打印路径的修改可以实现对于打印过程的精确控制；可扩展性强，通过增加打印头和调整切片软件即可实现多材料的3D打印。

3D打印部件的力学性能也一直受到质疑，以及针对具体的应用场景，如何赋予材料相应的功能性，如何发挥3D打印技术的优势提升最终样件的性能表现等也缺乏足够的实验证据。然而对于制备适用于挤出式3D打印技术材料，尤其是墨水直写技术，仍然存在挑战。

我们围绕挤出式3D打印技术，主要对3D打印弹性导体、热固性环氧树脂基3D打印材料、高模高强形状记忆环氧树脂3D打印材料、以及3D打印对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响等方面进行了研宄，具体内容如下：

（1）以热塑性聚氨酯为基体，多壁碳纳米管为导电填料，制备出具有较高导电率的可打印弹性材料。将材料利用3D打印实现Horseshoe结构，能实现与人体皮肤相类似的力学响应。

（2）以双酚A型环氧树脂为基体，气相纳米二氧化硅颗粒为流变调节剂，制备出具有高保形性的打印墨水；分析了纳米二氧化桂颗粒在这个过程中对于环氧树脂凝胶状态的影响；建立了打印墨水流变性质与实际打印效果之间的定性联系；通过力学测试考察了3D打印样品与传统模具成型方式成型的样件之间的差别。

（3）通过纳米二氧化硅以及短碳纤维纤维对环氧树脂进行改性，实现了高模高强形状记忆环氧树脂3D打印墨水的制备；表征了短碳纤维在打印过程中的取向性，并且探宄了这种取向对于材料力学增强的影响；制备了具有相同流变性质的可打印支撑材料，将这种支撑材料与打印墨水利用多材料打印技术，实现了高跨度三维模型的3D打印。

（4）以环氧树脂为基体，辅以气相纳米二氧化硅、短碳纤维、石墨等填料，制备了具有低摩擦系数和低磨损率的可打印墨水；重点研宄了填料的取向对于材料不同方向上摩擦磨损性能的影响；通过打印路径的重新设计，充分发挥不同取向填料的作用，实现了材料摩擦磨损性能在高正压力下的进一步优化。