美大学开发无支撑碳纤维3D打印新技术
来源：南极熊3D打印 2022-06-29 15:19:41
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-12256.html 美国科罗拉多州大学的研究人员，开发了一种无需支撑结构，也可制作碳纤维增强复合材料部件的新3D打印方法。
该技术依赖于一种专门开发的热固性树脂，和一种称为正面聚合的独特固化工艺，即打印过程中，可实现材料在挤出时固化。采用这种方法，获得的部件在没有任何外部紫外线或红外线辐射的情况下，几乎被立即打印出来。重要的是它们具有刚性，能够在没有支撑的情况下依然保持原始的几何形状。这种新方法，使得3D打印复合结构具有零空隙率的特点，并且碳纤维增强材料具有高度定向性，具有出色的机械性能。
正面聚合3D打印方法，可以产生自由形式和支撑结构
对于那些需要使用3D打印复合材料部件的人来说，这是一个好消息。它既可以加工短切纤维材料，也可以加工长连续纤维材料。
虽然复合长丝是最容易获得和最容易使用的，但由于使用温度低、层间力学性能差、空隙率大和纤维体积相对较低，由此产生的部件在应用于高性能结构时有一定的欠缺。
研发团队表示，他们在纤维填充的热固性复合树脂中找到了解决方案。这些低粘度、热敏性材料，可以直接挤出，通常比FFF长丝材料具有更好的热机械性能。
无支撑3D打印解决方案
正面聚合固化技术解决了固化率低的问题，但它是如何工作的呢？在本研究中，该团队创造了基于DCPD（双环戊二烯）的热固性树脂，填充了短碳纤维。树脂的固化会在局部使用热刺激开始。首先加热打印床，然后，启动一个自我维持的放热反应，从而启动打印路径，就像一根炸药棒上点燃的保险丝一样。最终实现，复合树脂在沉积时就地固化。
自我维持的放热反应，沿打印部件向上传播，沿途用热量固化材料
换一种解释来说，就是通过将打印速度，与前端速度（放热反应的传播速度）精确匹配，可实现完全无支撑的自由形状结构，并立即固化。除了大大提高机械性能外，还发现添加碳纤维可以增强复合树脂的流变行为和导热性。该团队认为，他们的正面聚合3D打印技术，最终可以应用于各种增强纤维类型，甚至颗粒添加剂等。
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