连续增强聚合物复合材料的增材制造——开发与效率分析

摘要整理

增材制造（AM）是一项快速发展的技术，通过数字数据以逐层沉积的方式构建物理对象。该技术已在航空、汽车和医疗行业得到应用。纤维增强复合材料的增材制造开发是当前研究热点，大多数研究集中于短纤维应用。然而，尽管存在技术复杂性，连续长丝相比短纤维具有更优的拉伸性能。本研究基于聚合物材料挤出（ME）技术，开发了一种自适应连续增强增材制造方法。该方法整合了原材料生产工艺，包括改变成分的能力（如长丝材料、增强百分比和回收塑料替代比例），以及基于实验验证数值模型的增强效率分析。文献综述确定了用于开发可持续、高性能连续纤维增强塑料复合材料的兼容材料，并识别了回收聚合物在ME工艺中的适用性。研究包括实验计划，通过拉伸测试调查3D打印样品的力学性能（聚乳酸（PLA）基体由连续芳纶长丝增强）。回收聚合物替代了40%的原生PLA。测试结果表明回收聚合物对打印样品力学性能无负面影响，且回收材料将PLA成本降低了近50%。尽管所开发自适应制造技术具有潜在效率优势，但打印材料的力学特性表明打印技术仍有改进空间，包括打印产品中增强纤维的对齐分布和打印参数的优化设置。

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