3D打印机用玻纤增强复合材料长丝的制备及力学性能研究

摘要整理

3D打印技术在快速原型制造和定制生产领域的应用日益增加。熔融沉积成型（FDM）是最常用的3D打印技术，聚乳酸（PLA）是该工艺中最常见的打印材料。为使3D打印件从原型/模型制造扩展到功能性零件生产，需要提高打印长丝的力学性能。本研究通过向PLA热塑性材料中添加玻璃纤维（GF），制备玻纤增强PLA复合长丝，以实现具有更高弯曲强度和冲击强度的可用功能零件的3D打印。采用双螺杆挤出机将5%、10%和15%（质量分数）的玻璃纤维添加到PLA中制备复合颗粒，进而制成直径1.75 mm的3D打印长丝。使用制备的复合长丝进行3D打印，按ASTM D638、ASTM D790和ASTM D6110标准分别测定拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，并与纯PLA样品进行对比。为研究打印工艺参数对力学性能的影响，设定三种填充密度（10%、50%、90%）、三种打印几何结构（直线型、网格型、蜂窝型）和两种挤出温度（190°C、210°C）进行试验。结果表明：5% GF添加时拉伸强度提高28%、弯曲强度提高24%；10% GF添加时冲击强度提高8.6%；15% GF添加时力学性能反而下降。填充密度与力学性能呈线性关系，而打印几何结构和温度参数的影响不显著。

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