热处理工艺对增材制造PEEK/CGF力学性能影响

针对连续玻璃纤维(CGF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料丝材在增材制造中因快速冷却造成材料结晶不充分、力学性能较低、层间结合能力差等问题,通过差示扫描量热(DSC)分析和力学性能测试,探究了热处理工艺参数对PEEK/CGF打印件力学性能的影响规律。结果表明,适当的热处理工艺能够提高PEEK/CGF材料的结晶度,进而提升成型件的综合力学性能。当保温温度在180～200℃,保温时间在50～60 min时,PEEK/CGF打印样件的力学性能最优,热处理后样件的弯曲强度为269.1 MPa,层间剪切强度为26.11 MPa,拉伸强度为332.71 MPa,较热处理前分别提高94.48%,97.95%与16.9%。     

连续纤维增强PEEK增材制造力学性能与成型质量优化

针对连续纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料增材制造中的界面结合差、制件精度不高等技术瓶颈,基于多热力场耦合作用下的连续纤维增材制造成型工艺,实现了典型样件的3D打印制备。基于正交实验设计,并通过微观形貌表征和力学性能测试,探究了喷头温度、打印速度和分层厚度对打印制件的表面粗糙度和弯曲性能的影响规律,获得连续纤维增强PEEK复合材料增材制造成型优化工艺参数。结果表明,分层厚度对表面粗糙度、弯曲强度和弯曲弹性模量具有显著影响,而打印速度和喷头温度对力学性能和成型精度影响较小。分层厚度越小,打印道间结合质量越好,成型制件表面粗糙度越小,弯曲弹性模量和弯曲强度越高。最优工艺参数为喷头温度390℃、打印速度2 mm/s和分层厚度0.4 mm。经试验验证,最优工艺参数下表面粗糙度达到最小为24.99 μm,弯曲弹性模量和弯曲强度分别达到最大为57.05 GPa和355.07 MPa。     

FDM成型工艺对PEEK/CGF复合材料翘曲变形的影响

为降低连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料增材制造样件的翘曲变形,优化增材制造基础工艺参数,通过单因素试验、Plackett-Burman Design试验与Box-Behnken Design试验,研究了打印过程中的热效应,即保温舱温度、层厚、成型平台温度、打印速度等工艺参数对连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料样件翘曲变形的影响规律,得出如下结论：研究发现打印工艺对翘曲度的影响程度是不同的,影响程度依次为B (层厚)> C (成型平台温度)> A (保温舱温度)。研究发现打印工艺参数之间是会对翘曲变形产生交互作用的,并且影响程度也较为显著(PB析因试验中大于t值),即B> C> A> AB> BC> D (打印速度)> BD。研究发现喷头温度440℃,成型平台温度100℃,保温舱温度90℃,层厚0.3 mm,道间距为0.5 mm,打印速度2 mm/s时,翘曲度可达到0.23%。     

3D打印参数对PETG基TPU制品力学性能的影响

基于FDM工艺,选用直径Φ1.75mm的PETG基TPU线材为原材料,研究了喷头温度、层厚、填充率、打印速度和平台温度等对试样拉伸强度及拉断伸长率的影响。结果表明,喷头适宜温度应选择200℃;层厚设定需综合考虑制品外观质量和加工时间;填充率应根据模型具体形状和尺寸确定;适宜打印速度应选择40mm/s;平台适宜温度应选择40℃。     

连续与短切CF增强PA6复合材料双喷头3D打印工艺参数优化

为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数，基于熔融沉积型3D打印工艺，通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件，并以此为研究对象，设计4因素3水平正交试验，研究连续CF隔层数、连续CF打印间距、打印温度、打印速度四种工艺参数对打印制件拉伸强度和弯曲强度的影响。采用极差分析法得到最佳工艺参数组合，验证正交试验结果。使用扫描电子显微镜观察拉伸制件和弯曲制件的断裂面微观形貌，进一步探究了打印制件的层间断裂形貌特性和层内丝材分布规律。结果表明，当连续CF隔层数为1、连续CF打印间距为0.5 mm、打印温度为250℃、打印速度为900 mm/s时，打印制件的层内沉积线之间孔隙较少，层间结合效果较好，其拉伸强度和弯曲强度达到最高，分别为109.73 MPa和119.14 MPa，与短切CF增强尼龙6复合材料相比，拉伸强度提升了249%，弯曲强度提升了286%。     

打印铺层结构及工艺参数对FDM构件力学性能的影响

为了获得性能优异的熔融沉积成型(FDM)构件,应用单轴拉伸试验,基于控制变量法,探讨了打印层厚、打印速度、打印温度等工艺参数及铺层结构对聚乳酸(PLA)试样力学性能的影响。结果表明,FDM打印方式会形成明显的层间界面,当承载方向与堆叠方向一致时,结构的承载能力最差;当铺层为±45°时,试样的弹性模量及拉伸强度达到最大值。且当打印层厚为0.3 mm,打印速度为默认值的70%,打印温度为230℃,可以获得相对最优的力学性能。     

基于正交实验的熔融沉积成型工艺参数的优化

采用商用聚乳酸（PLA）线材作为熔融沉积成型(FDM)打印材料,以拉伸强度和冲击强度为优化指标,设计正交试验,从分层厚度、打印速度、喷嘴温度、填充角度等元素探究成型工艺参数对FDM打印制件力学性能的影响。利用极差分析法,考察了各工艺参数对制件力学性能的影响情况,通过综合评分法和综合平衡法,获得了最优成型工艺参数组合并验证试验结果正确性。结果表明,分层厚度为0.3 mm,打印速度为90 mm/s,喷嘴温度为220 ℃,填充角度为45 °/45 °时,FDM制件的力学性能最优。     

连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印工艺及性能研究

针对连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料3D打印成型工艺的技术难题,本文提出了浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方案,实现了连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印成型,并研究浸渍温度对酚醛树脂接触角与表面张力,以及打印工艺对样件形貌和力学性能的影响规律。结果表明:当浸渍温度为40 ℃,预固化温度为180 ℃时,纤维-树脂界面结合效果最佳,原料具备成型条件;当打印间距为0.5 mm时,样件的弯曲强度及模量达到最大值,分别为660.00 MPa和57.99 GPa,层间剪切强度达到20.14 MPa。此连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料一体化制备工艺解决了3D打印热固性树脂原位成型难的问题,为制备具有复杂结构的连续纤维增强热固性树脂复合材料提供了参考。     

FDM 3D打印工艺参数对PLA制件力学性能的影响

采用五因素四水平正交试验设计,对16组不同工艺参数(打印层厚、填充密度、打印温度、填充速度、外壳厚度)的FDM 3D打印聚乳酸(PLA)制件力学性能进行了测试和结果分析,确定了影响PLA制件力学性能的主要因素,其中,外壳厚度对制件力学性能影响最为明显,打印温度影响最小,同时分析得到了在打印层厚0.15 mm,填充密度40%,打印温度210℃,填充速度60 mm/s,外壳厚度1.6 mm条件下可获得力学性能最佳的制件。最后对试验数据进行回归分析,拟合得到了FDM打印工艺参数与PLA制件力学性能指标的数学模型;通过对不同打印工艺参数的试样进行试验验证,表明该模型拟合误差小(5%以内),可靠性高,可用来对FDM 3D打印制件的加工提供参考。     

熔融沉积成型聚醚醚酮热处理工艺对力学性能影响

利用正交试验方法研究了热处理工艺参数对熔融沉积成型聚醚醚酮(PEEK)试样力学性能的影响。对保温温度、升温速率和保温时间影响因素下PEEK试样的力学性能进行对比分析,研究现有条件下最优热处理工艺参数。采用差示扫描量热法测试典型PEEK试样的结晶度,通过微米X射线三维成像系统扫描典型PEEK试样三维CT数据并使用VG Studio MAX 3.0.2软件计算其孔隙率,从微观角度分析力学性能变化的原因。结果表明,保温温度对PEEK试样拉伸强度的影响最大,升温速率次之,保温时间最小。最佳工艺参数组合为:保温温度300℃,升温速率8℃/min,保温时间210 min,在该条件下PEEK试样热处理后的结晶度为29.80%,拉伸强度为100.29 MPa,较热处理前分别提高了86.95%和53.56%。     

聚醚醚酮的FDM工艺参数与结晶行为研究

采用熔融沉积成型技术(FDM)制备了聚醚醚酮(PEEK)试样,并应用试验设计(DOE)方法分析研究了打印层高、热台温度和打印速度对PEEK试样拉伸强度和结晶行为的影响。结果表明:当打印层高、热台温度和打印速度分别为0.10 mm、160℃、30 mm/s时试样的拉伸强度最大(82 MPa)。3个打印参数从试样的层间结合、缺陷与结晶行为等方面不同程度地影响着PEEK试样的拉伸强度;随着热台温度的提升,试样的结晶度提高。而在同一热台温度下,由于打印过程中存在的温度分布差异,试样存在着明显的结晶不均匀现象,从试样的中心到边缘、沿厚度增加方向,结晶度逐步降低。     

PS/CF复合粉末激光选区烧结工艺研究

为提高聚苯乙烯粉末烧结件的强度,制备了聚苯乙烯/碳纤维(PS/CF)复合粉末,采用正交实验方法研究了不同工艺参数对PS/CF复合粉末SLS烧结件弯曲强度的影响,确定了最优工艺参数。结果表明,复合粉末试样的弯曲强度最高可达7.49 MPa,比纯PS粉提高2.88倍;弯曲强度随扫描速度和层厚的增大而减小,随预热温度的增加而增大;PS/CF复合粉末的最优工艺参数为扫描速度1 800 mm/s,预热温度85℃,层厚0.18 mm。     

石墨烯增强尼龙复合材料3D打印工艺研究

研究的是石墨烯增强尼龙复合材料(Graphene-PA6)如何合理应用于熔融沉积制造(FDM)3D打印技术。通过熔融共混法制备了该复合材料,并设计了正交实验,对该材料的FDM工艺进行了详细研究,得出以下结论:基于Graphene-PA6材料,当设置FDM工艺参数喷嘴温度245℃,底板温度60~70℃,打印速度27 mm/s,喷嘴直径0.4 mm,层厚0.20 mm时,该复合材料的FDM工艺效果最好。对于制品力学性能结果值的影响程度由大到小分别是石墨烯含量、喷嘴温度、打印速度和底板温度。当石墨烯质量分数为0.05%时,用上述FDM工艺参数所打印出的成型件力学性能最佳。     

连续CF增强PEEK复合材料层压板的制备工艺

采用熔融浸渍法制备了连续碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料预浸带,并层压成型制备复合材料层压板。研究了成型温度、成型压力、成型时间、纤维含量等因素对复合材料层压板力学性能的影响。结果表明,在成型温度为370℃、成型压力为12 MPa、成型时间为70 min、纤维含量为61%的工艺条件下,连续CF增强PEEK复合材料层压板的力学性能达到最优值,弯曲强度和弯曲弹性模量分别达到(1 750.76±49.13)MPa和(107.54±6.35)GPa,层间剪切强度达到(100.04±6.88)MPa,缺口冲击强度为(84.44±1.54)k J/m2。随着冷却速率的增大,复合材料层压板的弯曲性能和层间剪切强度下降,而缺口冲击强度提高。SEM分析表明,复合材料层压板的界面粘结良好。     

基于FDM工艺的打印件成型时间与力学性能的研究

为了减少熔融沉积成型工艺(FDM)打印的时间成本以及提高打印件的力学性能,采用正交实验法,就成型层厚、放置方式、成型角度对FDM工艺的成型时间与打印件力学性能的影响进行了详细地研究。结果显示,当成型层厚设为0.27 mm,放置方式为平放,成型角度设为45°时打印效率最高,成型时间最短,为12 min。当成型层厚达到0.27 mm,放置方式为平放,成型角度45°时,断裂伸长率达到最大值8.24%。成型层厚达到0.21 mm,放置方式为躺放,成型角度达到45°时,弹性模量和拉伸强度都获得最大值,分别为3 446.58、67.36 MPa。     

尼龙线材FDM成型质量优化研究

为提高尼龙线材熔融沉积(FDM)成型精度和拉伸性能，基于试验法和灰色关联模型研究确定了尼龙线材的FDM成型精度和拉伸性能的影响因素并进行了优化分析。以打印速度、层厚、喷嘴温度、热床温度与填充密度为因素变量，以Z向成型精度、拉伸强度等成型质量为优化目标，进行了正交试验，并基于灰色关联分析和熵权法进行了成型质量与其因素变量间的灰色关联综合评价。结果表明，各影响因素对成型精度的灰色关联度大小依次为层厚>填充密度>喷嘴温度>热床温度>打印速度，对拉伸性能的灰色关联度大小依次为填充密度>喷嘴温度>热床温度>层厚>打印速度，各因素对成型质量综合影响程度大小依次为：层厚、填充密度、喷嘴温度、热床温度和打印速度，最优工艺参数组合为打印速度60 mm/s,层厚0.15 mm,喷嘴温度250℃,热床温度100℃,填充密度100%。研究结果为提高尼龙线材的FDM成型质量提供了数据支持。     

增材制造连续碳纤维增强金属基复合材料性能

采用增材制造工艺方法进行具有高比强度、密度小等优良性能连续碳纤维增强金属基复合材料的直接制备。研究了连续碳纤维表面改性、路径搭接率、打印喷头温度、基板温度、打印速度等过程处理方法及工艺参数对所制备金属基复合材料抗拉强度的影响。研究结果表明,对连续碳纤维原材料实施表面改性处理,可以实现制备过程中熔融金属基体与连续碳纤维之间的良好浸润复合,以提高复合材料的抗拉强度;增大路径搭接率,可以有效提高增材制造复合材料内部纤维的体积占比,从而增大其抗拉强度;升高打印喷头温度、基板温度、打印速度,可以减小熔融金属表面张力,提高其流动性,并有利于沉积层间实现良好重熔,从而有效避免在已沉积层表面裂纹处和路径搭接区凹坑处形成气孔缺陷,进一步提升复合材料的抗拉强度。     

连续玻璃纤维增强PLA复合材料3D打印技术研究

以聚乳酸(PLA)为基体,连续玻璃纤维为增强体,采用熔融浸渍工艺制备连续玻璃纤维预浸丝,将制得的预浸丝作为3D打印耗材用于熔融沉积(FDM)的3D技术来制备连续玻璃纤维增强PLA复合材料试样,并研究了打印温度、层厚和打印速度对复合材料力学性能的影响。结果表明,当打印层厚为0. 5 mm,打印温度为230℃,打印速度为2 mm/s时,连续玻璃纤维增强PLA复合材料的弯曲性能最佳,弯曲强度和弯曲模量分别为327. 84 MPa和20. 293 GPa。综合考虑复合材料的力学性能、表面质量和尺寸稳定性,连续玻璃纤维增强PLA复合材料的最佳打印层厚为0. 5 mm,适宜的打印温度范围为200~220℃,打印速度范围为2~4 mm/s。     

熔融沉积工艺参数对热塑性聚氨酯弹性体静动态力学性能的影响

为揭示通过熔融沉积成型（FDM）工艺制备的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）的静动态力学性能及工艺参数对其力学性能的影响,采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置对使用3种打印速率（10、40、70 mm/s）和3种喷头温度（200、220、240 ℃）制备的TPU开展准静态（0.01 s^-1）和动态（1 000 s^-1）加载下的力学性能试验,并进行工艺参数优选,同时进一步获取了材料在较宽应变率范围（0.001~2 500 s^-1）的应力?应变样本空间数据。结果表明,准静态和动态加载下,喷头温度220 ℃、打印速率40 mm/s为最优工艺参数;试样在准静态和动态下均具有应变率效应;准静态下试样超弹性特征显著,动态下结合朱?王?唐（ZWT）方程构建的材料黏弹性本构模型拟合曲线与实验曲线吻合较好;采用最优工艺参数制备的试样出现明显“微相分离”现象。     

红外加热缠绕成型工艺参数对CF/PEEK复合材料层间剪切性能的影响

为获得层间粘结性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)缠绕成型制品,以粉末浸渍法制备的CF/PEEK单向带为原料,采用自制的高功率红外加热热塑性复合材料缠绕成型设备,进行缠绕成型工艺的研究。以层间剪切强度(ILSS)作为评价缠绕制品性能的主要依据,分别研究了缠绕成型过程中的送料张力、下压辊压力、缠绕速率、加热温度、预热时间和冷却速率等关键工艺参数对CF/PEEK环制品性能的影响。实验结果表明,成型温度为410℃,预热为40 min,送料张力为8 kg,下压辊气缸压力为0.30 MPa,芯模转速为6 r/min,缓慢冷却条件下制得的缠绕制品性能最优,层间剪切强度达到(82.29±1.27) MPa,并据此制备出了CF/PEEK缠绕管道。