碳纤维助力 美军开发出3D打印耐高温聚合物

国际金属加工网 2018年04月17日

近日,美国空军研究实验室与NASA格伦研究中心和路易斯维尔大学合作,开发出3D打印耐高温聚合物的方法。研究人员采用浸渍了碳纤维丝的高温热固性树脂和选区激光烧结工艺,成功打印出可承受高于300℃的耐高温聚合物基复合材料部件,未来有望用于涡轮发动机备件或发动机排气周围的高温区域。

由于聚合物基复合材料的轻质特性和耐高温环境的能力,有助于增加飞机的航程,同时可降低燃料消耗,降低运营成本,因此对空军下一代装备应用具有极大的吸引力。而这一颠覆性发现为满足空军下一代、成本有效的制造需求奠定了基础。

通常,聚合物基复合材料是将纤维(如玻璃纤维)嵌入到环氧树脂或其他基体材料中,嵌入式纤维增强了基体,使得材料更加坚固。

采用激光烧结工艺进行聚合物3D打印的过程中,通过高温激光穿过聚合物粉末床以形成计算机预先设计的形状。随后利用激光能量成形新的粉末层,这个过程重复多次,直到三维零件完成。

在对高温聚合物树脂进行测试时,研究团队发现增材制造技术能够很好地打印聚合物粉末,但是当他们从粉末床上取下零件进行后处理时,材料会发生熔化,因而无法使用。

为了解决这一问题并更好地使分子在激光的热量下缠绕并成形,研究人员在树脂材料中加入碳纤维填充材料,以更好地将激光的能量转移到基体。通过吸收激光的能量和传导热量,碳纤维会使激光器加热材料的速度比单独使用聚合物快得多。

研究人员表示,高温材料的加工非常困难且昂贵,并且这种材料通常用于军事特定用途,其供应商资源较少。这一突破将使美国空军可以以更加经济高效的方式制造出高温复合材料零件。而且,高温聚合物复合材料零件具有体积小、功能多等特点,最新研究成果不仅将为空军带来极大的好处,而且有可能为整个行业带来颠覆性影响。

初步测试数据表明,这种新材料可以承受高温,但在实际应用于空军平台之前还需要对材料进行进一步的测试和验证。


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