增材制造聚合物结构层间粘结性能的优化与质量评估

摘要整理

增材制造技术应用范围从原型制造扩展到批量生产。为满足批量生产的各项要求，必须深入了解工艺和材料特性。增材制造系统操作人员既是零件生产者，也是材料生产者，但目前缺乏标准化的材料制造和测试程序。材料挤出法增材制造聚合物的高度各向异性是主要问题，其中Z方向（制造方向）的层间粘结性能是明显的薄弱环节。通过优化层间接触区，可显著提升增材制造聚合物的整体性能。本研究采用红外预热系统（IPS）进行工艺改进，在制造过程中将层间接触区温度保持在玻璃化转变温度以上。结合破坏性和非破坏性测试方法，通过系统化方法对IPS工艺改进进行了表征和评估。在短碳纤维增强聚酰胺（SCFRP）上进行了准静态和循环加载拉伸试验。此外，利用微计算机断层扫描和显微观察确定了工艺质量。研究表明，IPS使层间拉伸强度提高约15%，并显著改善疲劳性能。微计算机断层扫描数据分析表明，IPS能够实现孔隙分布的均匀化。

相关论文