3D打印技术为高分子材料的成型带来了便利,但是在青岛3D打印目前阶段,更多的3D打印产品只能用于展示,真正将3D打印产品应用于工业实际还面临较大的挑战,如打印尺寸精度、生产效率、实际性能等。其中最重要的问题是打印件的力学性能,距离利用传统方法加工所得到的样件还存在一定的差距。
这种差距形成的原因有很多,其中主要的是:
第一,3D打印效果较好的高分子基体材料,包括光敏树脂和特定的几种热塑性材料,与工业上常用的高分子基体材料重叠度不高,其自身性能不及很多工业常用的树脂;第二,以熔融沉积法3D打印为例,作为一种增材制造方法,它的构筑单元是挤出丝,依靠热熔融的挤出丝,与原本沉积好的材料相互粘结,最终形成立体结构的。这就带来了两个问题,首先这种粘结会产生界面的问题,其次由于材料熔融挤出后会快速固化,且熔体本身的流动性不佳,无法在这么短的固化时间内完全填充其内部空间,造成了其内部留下大量规则的空隙。这两点,不仅使得3D打印件实际的力学性能表现低于材料自身的性能,还会由于打印路径的不同而导致打印件产生明显的各向异性,即材料的力学性能与打印路径的排布有极大的相关性。例如运用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)打印的样件性能最高只有相应注塑成型样件的80%,不同打印路径规划下的差别达到了100%。因此,实现工业常用高性能高分子材料的3D打印,同时降低内部缺陷,这将会是青岛3D打印推进3D打印实际应用的重要课题。
围绕制备可用于3D打印的环氧基复合材料。研宄了不同类型,不同含量气相纳米二氧化硅颗粒对于调节环氧树脂凝胶状态的影响,通过对比阐释了流变参数与实际打印效果之间的定性关系。对打印件的力学性能进行了全面的表征,除了静态拉伸弯曲,对其动态力学性能、断裂力学性能、冲击性能也进行了表征,从多个角度与传统模具成型试件进行对比。