日前，中科院研發(fā)了可用于耐高溫高強度工程塑料的桌面級3D打印機，并在尼龍3D打印方面取得最新進(jìn)展，成型件力學(xué)性能接近注塑件水平。
圖1 低成本FDM式3D打印機
增材制造（通稱(chēng)3D打?。┘夹g(shù)被認為是第三次工業(yè)革命制造領(lǐng)域的典型代表技術(shù)，受到社會(huì )各界的廣泛關(guān)注。其中，熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling, FDM）是一種基于熱塑性高分子材料熔融擠出疊加工藝的增材制造技術(shù)。由于該技術(shù)具有快速、安全、廉價(jià)和容易操作的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，迅速普及到設計驗證、功能驗證、外觀(guān)驗證、模型模具快速制造及創(chuàng )意教育等領(lǐng)域。FDM打印機的使用量已占全球快速成型系統的30%，是目前應用最為廣泛的3D打印技術(shù)。
目前廣泛應用于FDM 工藝的成型材料仍以ABS、PLA等通用高分子材料為主。雖然國外廠(chǎng)商已有尼龍、聚苯砜(PPSF)等工程塑料材料，但其成型性能仍未達到最終用途零部件的要求，尚未在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應用。
圖2 3D打印尼龍工件外殼
中科院增材制造課題組開(kāi)發(fā)了可用于PA、PI、PEEK等高強度工程塑料的3D打印機，成型溫度可達到450°C，精度達到0.1mm以下。課題組詳細研究了PA12和ABS打印件的成型工藝和力學(xué)性能，結果發(fā)現FDM疊層成型主要是一種粘性燒結過(guò)程，打印件性能受熔體流變學(xué)影響最大。相較傳統的ABS等通用塑料，PA12工程塑料FDM打印件的力學(xué)性能（UTS）可達到注塑件的97%以上。
圖3 打印過(guò)程均遵循粘性燒結模型，但ABS與PA的熔體流動(dòng)性受溫度的影響不同
圖4 ABS構件性能提升空間受限，但尼龍構件的力學(xué)性能接近注塑件
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