美國陸軍開發(fā)了高強度多聚合物長絲，用于低成本3D打印機
時間：2020-04-27 09:23 來源：中國3D打印網(wǎng) 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國3D打印網(wǎng)4月27日訊，美國陸軍現(xiàn)在研究產生了一種新的多聚物長絲，該長絲設計用于低成本FFF 3D打印機。高強度長絲有望在戰(zhàn)斗領域中發(fā)揮作用，及時生產任務關鍵型零件，而成本僅為傳統(tǒng)零件的一小部分。這項研究被刊登在4月版的“高級工程材料”的封面上。
多熱塑性長絲
FFF由于其進入門檻低和成本相對較低而成為當今最常用的3D打印技術。但是，使用FFF制成的零件往往缺乏機械強度，因此，建議不要將它們用于承受高強度戰(zhàn)斗的高風險野外作業(yè)。美國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)士一樣堅固的東西。
研究人員將ABS和聚碳酸酯（PC）結合在一起來配制他們的新型長絲。使用3D打印機創(chuàng)建固體預成型件，該預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成型件，將其轉換回細絲。新拉出的長絲作為原料循環(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，以將各層完全融合在一起，從而增加了額外的結構完整性。
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間縮短到四個小時或更短。
3D打印預成型件并繪制細絲。圖片來自美國陸軍。
現(xiàn)場增材制造
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打印高強度零件的技術在遠征環(huán)境中還不實用。打印機太大，需要太多的能量來操作，其構造相當精細，其原料需要專門的存儲條件。
APG陸軍C5ISR中心的機械工程師Jeff Wallace補充說：“可以選擇通過FFF工藝從高強度聚合物中增材制造零件，在野外，部門和/或倉庫級肯定會為戰(zhàn)士提供能夠以更快的速度生產出更好的臨時零件的能力-相對于數(shù)天或數(shù)周而言，耗時數(shù)小時之多，而成本卻要低得多，往往只要幾美分。
中國3D打印網(wǎng)點評：此外，士兵往往會根據(jù)需要即興發(fā)揮作用，常常會針對自己面臨的問題找到自己的設計解決方案。這樣，為他們提供了可以在他們可以使用的臺式打印機中使用的更高強度的聚合物材料，從而為他們提供了即時創(chuàng)新的機會，以臨時解決更多的供應和設計難題。然后將他們的設計發(fā)送到適當?shù)墓こ讨С只顒舆M行評估。”
Eric Wetzel博士演示了熱繪圖過程。圖片來自美國陸軍。
多熱塑性長絲
FFF由于其進入門檻低和成本相對較低而成為當今最常用的3D打印技術。但是，使用FFF制成的零件往往缺乏機械強度，因此，建議不要將它們用于承受高強度戰(zhàn)斗的高風險野外作業(yè)。美國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)士一樣堅固的東西。
研究人員將ABS和聚碳酸酯（PC）結合在一起來配制他們的新型長絲。使用3D打印機創(chuàng)建固體預成型件，該預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成型件，將其轉換回細絲。新拉出的長絲作為原料循環(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，以將各層完全融合在一起，從而增加了額外的結構完整性。
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間縮短到四個小時或更短。
3D打印預成型件并繪制細絲。圖片來自美國陸軍。
現(xiàn)場增材制造
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打印高強度零件的技術在遠征環(huán)境中還不實用。打印機太大，需要太多的能量來操作，其構造相當精細，其原料需要專門的存儲條件。
APG陸軍C5ISR中心的機械工程師Jeff Wallace補充說：“可以選擇通過FFF工藝從高強度聚合物中增材制造零件，在野外，部門和/或倉庫級肯定會為戰(zhàn)士提供能夠以更快的速度生產出更好的臨時零件的能力-相對于數(shù)天或數(shù)周而言，耗時數(shù)小時之多，而成本卻要低得多，往往只要幾美分。
中國3D打印網(wǎng)點評：此外，士兵往往會根據(jù)需要即興發(fā)揮作用，常常會針對自己面臨的問題找到自己的設計解決方案。這樣，為他們提供了可以在他們可以使用的臺式打印機中使用的更高強度的聚合物材料，從而為他們提供了即時創(chuàng)新的機會，以臨時解決更多的供應和設計難題。然后將他們的設計發(fā)送到適當?shù)墓こ讨С只顒舆M行評估。”
Eric Wetzel博士演示了熱繪圖過程。圖片來自美國陸軍。
該研究的更多細節(jié)可以在題為“用雙熱塑性長絲制造的堅韌，增材制造的結構”中找到。它由Kevin Hart，Ryan Dunn和Eric Wetzel合著。美國武裝部隊使用增材制造生產零件并進行野戰(zhàn)研究的歷史。今年早些時候，美國陸軍宣布正在努力發(fā)展其供應鏈，以支持增材制造的整合。最近，陸軍開始與特拉華大學合作進行研究，以使用Roboze ARGO 500 3D打印機3D打印高溫復合材料。
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