采用回收热塑性复合材料3D打印大型单体多材料部件

 

    这一演示成功地证明了采用回收复合材料，可以高效而经济地完成大型多材料部件的3D打印。

 

    通过对其大型增材制造设备进行一些改善，包括采用一种可容纳双进料系统的新的挤出机设计，辛辛那提令这种大型多材料的打印成为可能。

 

    在过去的几年里，辛辛那提与美国能源部橡树岭国家实验室合作，不断地开发并完善了其大型增材制造设备，最初的研究集中在采用单一材料系统特别是短纤维增强聚合物进行大型打印。

这种3D打印的大型多材料复合材料模具含有回收材料

 

    “这项特殊研究的目的，是为了演示一种含回收材料在内的多材料复合材料模具（包含长度超过10英尺的过渡段）的打印，打印过程无需人工干预。”相关人员介绍说。

 

    这项演示所选择的部件，是用于生产商用窗板（用于纽约市的一栋高层建筑）的预制混凝土模具的一个单面。该模具重约400磅，长10英尺，厚10英寸，打印时间大约7小时。

 

    “研究表明，在一个结构中使用多种材料，可以实现多种功能和新的力学性能，如具有订制力学性能的轻量化结构，可以拥有软、硬两部分的部件，以及抗冲击的结构。” 美国能源部橡树岭国家实验室材料科学家Vidya Kishore介绍说。

采用回收复合材料，可以高效而经济地完成大型多材料部件的3D打印

 

    在3D构建中使用的两种材料是：一种含100%回收CF/ABS （碳纤维增强ABS）和标准CF/ABS（碳纤维增强ABS）的混合物，以及ABS Syntactic 泡沫。

 

    除了采用回收材料带来的生态效益外，对多种材料的挤出还带来了如下优势：可以在智能结构、轻量化芯层结构中整合导电电路印刷、降低加工成本、便于去除支撑材料、对特殊区域进行局部加强，以及能够利用不同的材料在部件上形成不同的功能特征，甚至可以改变部件的颜色。

 

    实现上述目标的关键在于大型增材制造设备的多材料系统，该系统由辛辛那提与橡树岭国家实验室联合开发。这种大型双物料热塑性塑料挤出系统允许用户只需使用一台挤出机，就能在单独一次构建中采用多种不同的材料进行打印。

 

    “通过来回滑动位于挤出机进料口上的两个物料孔，就能使喂入挤出机的料流在打印过程的某个特定时间实现快速切换。” 相关人员介绍说，“该系统还包括位于机器框架外的混料机，它能够快速混合特定数量的不同材料和填料，以获得特殊订制的材料级别。”

 

    相关人员解释说，物料进料切换机构与混料机的组合，使得用户能够在单独一次构建中采用多种不同类型的材料和材料组合进行打印，而不只是两种材料。

 

    “凭借对多材料系统的升级，使得我们的大型增材制造设备成为目前唯一能够做到这些的机器，这使我们从竞争中脱颖而出。” 相关人员表示，“在美国能源部先进制造办公室和橡树岭国家实验室的科学研究支持下，我们实现了这一制造里程碑。”