材料

3D打印ABS与竹子发现,以产生“提高质量”的零件

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葡萄牙的研究人员威大学AVEIRO材料研究所开发了一种将竹纤维与ABS结合的新方法,并将这种混合物3D打印成具有“增强力学性能”的部件。

使用两步反应过程,该团队能够以允许它们精确调整其竹基底的疏水性,密度和热品质的方式创建全新的生物复合材料。一旦制定,科学家们将其材料部署到3D打印样本,发现该过程没有“破坏其形态”,并且实际上在任何所得零件上具有“加强效应”。

这是团队对竹子纤维进行化学改性的示意图。
该团队化学修改竹纤维的方法的示意图。通过聚合物杂志图像。

Organically-filled细丝

考虑到使用天然填料增强3D打印材料(如ABS)的潜在成本、机械和可持续性的好处,目前正在进行重要的研究,以实现这一目标。在过去,以植物为基础的成分,如大米、椰子或大麻,已经被用来制造实验复合材料,但要达到良好的填料与基质粘结水平,之前被证明是困难的。

就竹子而言,现在有21个国家在种植竹子,使其成为一种丰富的商品,它经常用于地方一级的建筑和生产家庭用品。然而,就其本质而言,竹纤维是亲水的,而聚合物基质是疏水的,因此需要几个化学步骤才能将其集成到3D打印材料中。

在以前的学习,研究人员已经证明,当将它们与聚丙烯(PP)组合形成增强树脂时,调节竹纤维以改善其耐水性和机械性能的功效。因此,葡萄牙团队从他们的前任吸取了灵感,因此制定了一种类似的方法,尽管对竹子进行处理,而是产生FDM灯丝。

科学家们的3D印刷竹制原型。
科学家们的3D印刷竹制原型。通过聚合物杂志图像。

创造竹子生物复合材料

为了形成新的生物复合材料,科学家们使用了二异氰酸酯来修饰竹子样品,发现它降低了纤维的亲水性,并增强了它们对聚合物基质的亲和力。处理后,将得到的材料进行洗涤、干燥,并以5%的浓度与ABS混合,然后挤压成可3D打印的长丝。

在使用他们的材料之前,研究人员使用扫描电镜分析来评估他们的配方过程的影响,并发现它已经去除了任何纤维杂质,尽管是以牺牲一些密度为代价的。此外,与由未经处理的纤维制成的长丝相比,研究小组观察到他们的改性材料“呈现出更光滑的表面”,提高了其最终应用的潜力。

为了测试他们的材料的可加工性,该团队继续用Anycubic凯龙星3D打印机,进入一组OAR形样品。有趣的是,发现用经处理的纤维的印刷降低了它们的热稳定性,尽管研究人员指出其降解温度高于其处理,因此这并没有影响其模型的稳定性。

处理经处理的纤维标本的进一步成像还透露,它们具有增加的杨氏模量并减少了突破的伸长率,反映了它们改善的刚度。基于这些结果,该团队抑制了他们的方法证明,不仅可以将竹子整合到可印刷的聚合物中,而是可以以提供潜在的有益质量的方式调整它们。

“(我们的)结果证实了复合材料的加工性能没有受到影响,”该团队在论文中总结道。“经过处理的填料的使用也降低了材料的密度,而不损失其机械性能。事实上,经过处理的纤维增强了3D打印样品的性能,这证明了化学处理的优势。”

“结果表明,使用化学改性竹子纤维可以生产出更高质量的生物3D打印材料。”

YvesBéhar的葡萄藤中的一些木制品。通过Forust照片。
木材越来越多地被用作3D打印应用的环保树脂添加剂。通过Forust照片。

一种新兴的木材印刷趋势

随着更广泛的3D打印行业继续寻找新的环保聚合物纤维替代品,研究人员越来越多地将木质材料作为答案。就在去年,一个团队在弗莱堡大学结合有机木质素和纤维素的化学物质,创造出一种新型的3D打印生物合成聚合物

德国的科学家们采用了类似的基于木材的方法联邦材料研究和测试研究所他们把白蚁和无聊的昆虫垃圾变成了自己的材料。通过将木粉与小动物的粪便结合,研究小组成功地制造出了循环经济的原料能够产生高度精确的结构。

从更商业的角度来看,桌面金属也推出了它Forust于2021年5月成立子公司,该品牌致力于粘合剂喷射木基零件.该公司的生产过程与木材制造和造纸工业的废料副产品相兼容,一旦它们与环氧树脂混合,就可以创建3D打印材料。

研究人员的研究结果详细发表在题为《化学改性竹纤维/ABS复合材料,用于高质量的增材制造这本书由努诺·伽马(Nuno Gama)、桑德拉·马吉纳(Sandra Magina)、阿图尔·费雷拉(Artur Ferreira)和安娜·巴罗斯-蒂蒙斯(Ana Barros-Timmons)合著。

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特征图像显示了科学家们的竹纤维在化学改性前后的SEM和EDX成像。图片通过聚合物杂志。