作為增材制造的一類前沿性技術(shù)的3D打印技術(shù)，從2012年開始業(yè)界就掀起一陣研發(fā)及應(yīng)用潮流。其強(qiáng)大的市場(chǎng)發(fā)展前景及神奇的技術(shù)特性，不僅讓許多民間及私營企業(yè)加快應(yīng)用性研發(fā)之外，也讓國家為首的研究計(jì)劃也正在不斷出爐，其中，美國在3D打印技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用上一直遙遙領(lǐng)先，近日，美國又正致力于研發(fā)增強(qiáng)型塑料3D打印技術(shù)。
位于美國田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)正與增材制造設(shè)備供應(yīng)商如Arcam公司合作，將增材制造技術(shù)擴(kuò)大至新的金屬和更大零件的制造中，包括鉻鎳鐵合金718的激光燒結(jié)，該材料是一種用于渦輪葉片中的耐高溫合金。但一些最令人興奮的工作涉及到增強(qiáng)型塑料的打印。
目前的3D打印聚合物零件強(qiáng)度較低，可用于管道但并非承力部件。該實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)開發(fā)出一種方式，將增強(qiáng)型碳纖維注入原材料中，打印可承力的零件。
采用常規(guī)方法切削的碳纖維厚度為5-7微米，難以擠入被送入熔融沉積成形(FDM)設(shè)備中的0.25英寸直徑的熱塑性長絲。橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開發(fā)出一種生產(chǎn)直徑小于500毫微米纖維的方法。沉積科學(xué)和技術(shù)小組領(lǐng)導(dǎo)者ChadDuty稱，這些納米纖維被切削得足夠小，能夠混入FDM原材料中，但卻有足夠高的長度直徑比率，以達(dá)到相輔相成的效果。與6000系列鋁材料優(yōu)勢(shì)相當(dāng)是可能的。
將增強(qiáng)型纖維注入原材料中是實(shí)現(xiàn)航空航天大型零件—60-100英尺零件3D打印的關(guān)鍵。橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室呼吁這種增材制造采用廣泛區(qū)域合作，并已經(jīng)與洛克希德。馬丁公司和一家設(shè)備制造商開發(fā)此能力，最初生產(chǎn)低成本磨具，但最終要打印結(jié)構(gòu)，如大型無人機(jī)的機(jī)翼。
采用3D打印的大型零件可能會(huì)出現(xiàn)變形，因?yàn)橛行﹨^(qū)域因冷卻率不同導(dǎo)致厚度不同，這是增材制造面臨的核心技術(shù)挑戰(zhàn)。將13%切削的碳纖維添加到熱塑性顆粒原料，其強(qiáng)度可提高2倍，剛性可提高4倍，并能阻止材料冷卻時(shí)零件的變形。
橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的下一步工作是，與設(shè)備供應(yīng)商合作建造一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備原型，可實(shí)現(xiàn)塑料零件打印，把零件加工成最終形狀，并對(duì)其碳纖維束架構(gòu)進(jìn)行重新包裹，以生產(chǎn)大型結(jié)構(gòu)組件。
3D打印技術(shù)作為對(duì)未來社會(huì)的發(fā)展有著重要影響力的新興技術(shù)，雖然目前在應(yīng)用和技術(shù)條件上受到一些因素的制約，但是相信隨著社會(huì)和技術(shù)的進(jìn)步，以及研究人員對(duì)3D打印技術(shù)的不斷完善，3D打印產(chǎn)業(yè)終將會(huì)形成強(qiáng)大的市場(chǎng)規(guī)模，更好地在各領(lǐng)域嫌棄新的應(yīng)用熱潮。
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