美國(guó)陸軍開發(fā)了高強(qiáng)度多聚合物長(zhǎng)絲，用于低成本3D打印機(jī)
時(shí)間：2020-04-27 09:23 來源：中國(guó)3D打印網(wǎng) 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國(guó)3D打印網(wǎng)4月27日訊，美國(guó)陸軍現(xiàn)在研究產(chǎn)生了一種新的多聚物長(zhǎng)絲，該長(zhǎng)絲設(shè)計(jì)用于低成本FFF 3D打印機(jī)。高強(qiáng)度長(zhǎng)絲有望在戰(zhàn)斗領(lǐng)域中發(fā)揮作用，及時(shí)生產(chǎn)任務(wù)關(guān)鍵型零件，而成本僅為傳統(tǒng)零件的一小部分。這項(xiàng)研究被刊登在4月版的“高級(jí)工程材料”的封面上。
多熱塑性長(zhǎng)絲
FFF由于其進(jìn)入門檻低和成本相對(duì)較低而成為當(dāng)今最常用的3D打印技術(shù)。但是，使用FFF制成的零件往往缺乏機(jī)械強(qiáng)度，因此，建議不要將它們用于承受高強(qiáng)度戰(zhàn)斗的高風(fēng)險(xiǎn)野外作業(yè)。美國(guó)陸軍的研究旨在克服現(xiàn)成的燈絲的局限性，而不是制造出與使用它的戰(zhàn)士一樣堅(jiān)固的東西。
研究人員將ABS和聚碳酸酯（PC）結(jié)合在一起來配制他們的新型長(zhǎng)絲。使用3D打印機(jī)創(chuàng)建固體預(yù)成型件，該預(yù)成型件由較低溫度的ABS外殼和較高溫度的星形PC芯組成。然后使用熱拉伸塔通過直徑和張力傳感器喂入固體預(yù)成型件，將其轉(zhuǎn)換回細(xì)絲。新拉出的長(zhǎng)絲作為原料循環(huán)使用，但這次是ABS和PC的混合物，賦予了其優(yōu)越的機(jī)械性能。為了完成該過程，將從新燈絲打印的3D零件在烤箱中退火24-48小時(shí)，以將各層完全融合在一起，從而增加了額外的結(jié)構(gòu)完整性。
3D打印零件從熱室中出來，其延展性可與注塑ABS零件相媲美，并且斷裂韌性值比相同的ABS幾何形狀高1500％（15x）。研究人員得出結(jié)論，PC注入有助于抵抗熱致蠕變并在退火過程中保持精確的零件尺寸。該小組希望將來將退火時(shí)間縮短到四個(gè)小時(shí)或更短。
3D打印預(yù)成型件并繪制細(xì)絲。圖片來自美國(guó)陸軍。
現(xiàn)場(chǎng)增材制造
該研究的合著者埃里克·韋澤爾博士（Eric Wetzel）說，陸軍正在尋求在野外打印零件以簡(jiǎn)化后勤工作。通過攜帶數(shù)字文件和原材料，可以省去過多的物理零件。不幸的是，迄今為止，用于3D打印高強(qiáng)度零件的技術(shù)在遠(yuǎn)征環(huán)境中還不實(shí)用。打印機(jī)太大，需要太多的能量來操作，其構(gòu)造相當(dāng)精細(xì)，其原料需要專門的存儲(chǔ)條件。
APG陸軍C5ISR中心的機(jī)械工程師Jeff Wallace補(bǔ)充說：“可以選擇通過FFF工藝從高強(qiáng)度聚合物中增材制造零件，在野外，部門和/或倉(cāng)庫(kù)級(jí)肯定會(huì)為戰(zhàn)士提供能夠以更快的速度生產(chǎn)出更好的臨時(shí)零件的能力-相對(duì)于數(shù)天或數(shù)周而言，耗時(shí)數(shù)小時(shí)之多，而成本卻要低得多，往往只要幾美分。
中國(guó)3D打印網(wǎng)點(diǎn)評(píng)：此外，士兵往往會(huì)根據(jù)需要即興發(fā)揮作用，常常會(huì)針對(duì)自己面臨的問題找到自己的設(shè)計(jì)解決方案。這樣，為他們提供了可以在他們可以使用的臺(tái)式打印機(jī)中使用的更高強(qiáng)度的聚合物材料，從而為他們提供了即時(shí)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，以臨時(shí)解決更多的供應(yīng)和設(shè)計(jì)難題。然后將他們的設(shè)計(jì)發(fā)送到適當(dāng)?shù)墓こ讨С只顒?dòng)進(jìn)行評(píng)估。”
Eric Wetzel博士演示了熱繪圖過程。圖片來自美國(guó)陸軍。
多熱塑性長(zhǎng)絲
FFF由于其進(jìn)入門檻低和成本相對(duì)較低而成為當(dāng)今最常用的3D打印技術(shù)。但是，使用FFF制成的零件往往缺乏機(jī)械強(qiáng)度，因此，建議不要將它們用于承受高強(qiáng)度戰(zhàn)斗的高風(fēng)險(xiǎn)野外作業(yè)。美國(guó)陸軍的研究旨在克服現(xiàn)成的燈絲的局限性，而不是制造出與使用它的戰(zhàn)士一樣堅(jiān)固的東西。
研究人員將ABS和聚碳酸酯（PC）結(jié)合在一起來配制他們的新型長(zhǎng)絲。使用3D打印機(jī)創(chuàng)建固體預(yù)成型件，該預(yù)成型件由較低溫度的ABS外殼和較高溫度的星形PC芯組成。然后使用熱拉伸塔通過直徑和張力傳感器喂入固體預(yù)成型件，將其轉(zhuǎn)換回細(xì)絲。新拉出的長(zhǎng)絲作為原料循環(huán)使用，但這次是ABS和PC的混合物，賦予了其優(yōu)越的機(jī)械性能。為了完成該過程，將從新燈絲打印的3D零件在烤箱中退火24-48小時(shí)，以將各層完全融合在一起，從而增加了額外的結(jié)構(gòu)完整性。
3D打印零件從熱室中出來，其延展性可與注塑ABS零件相媲美，并且斷裂韌性值比相同的ABS幾何形狀高1500％（15x）。研究人員得出結(jié)論，PC注入有助于抵抗熱致蠕變并在退火過程中保持精確的零件尺寸。該小組希望將來將退火時(shí)間縮短到四個(gè)小時(shí)或更短。
3D打印預(yù)成型件并繪制細(xì)絲。圖片來自美國(guó)陸軍。
現(xiàn)場(chǎng)增材制造
該研究的合著者埃里克·韋澤爾博士（Eric Wetzel）說，陸軍正在尋求在野外打印零件以簡(jiǎn)化后勤工作。通過攜帶數(shù)字文件和原材料，可以省去過多的物理零件。不幸的是，迄今為止，用于3D打印高強(qiáng)度零件的技術(shù)在遠(yuǎn)征環(huán)境中還不實(shí)用。打印機(jī)太大，需要太多的能量來操作，其構(gòu)造相當(dāng)精細(xì)，其原料需要專門的存儲(chǔ)條件。
APG陸軍C5ISR中心的機(jī)械工程師Jeff Wallace補(bǔ)充說：“可以選擇通過FFF工藝從高強(qiáng)度聚合物中增材制造零件，在野外，部門和/或倉(cāng)庫(kù)級(jí)肯定會(huì)為戰(zhàn)士提供能夠以更快的速度生產(chǎn)出更好的臨時(shí)零件的能力-相對(duì)于數(shù)天或數(shù)周而言，耗時(shí)數(shù)小時(shí)之多，而成本卻要低得多，往往只要幾美分。
中國(guó)3D打印網(wǎng)點(diǎn)評(píng)：此外，士兵往往會(huì)根據(jù)需要即興發(fā)揮作用，常常會(huì)針對(duì)自己面臨的問題找到自己的設(shè)計(jì)解決方案。這樣，為他們提供了可以在他們可以使用的臺(tái)式打印機(jī)中使用的更高強(qiáng)度的聚合物材料，從而為他們提供了即時(shí)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，以臨時(shí)解決更多的供應(yīng)和設(shè)計(jì)難題。然后將他們的設(shè)計(jì)發(fā)送到適當(dāng)?shù)墓こ讨С只顒?dòng)進(jìn)行評(píng)估。”
Eric Wetzel博士演示了熱繪圖過程。圖片來自美國(guó)陸軍。
該研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為“用雙熱塑性長(zhǎng)絲制造的堅(jiān)韌，增材制造的結(jié)構(gòu)”中找到。它由Kevin Hart，Ryan Dunn和Eric Wetzel合著。美國(guó)武裝部隊(duì)使用增材制造生產(chǎn)零件并進(jìn)行野戰(zhàn)研究的歷史。今年早些時(shí)候，美國(guó)陸軍宣布正在努力發(fā)展其供應(yīng)鏈，以支持增材制造的整合。最近，陸軍開始與特拉華大學(xué)合作進(jìn)行研究，以使用Roboze ARGO 500 3D打印機(jī)3D打印高溫復(fù)合材料。
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