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美陆军开发出先进的双聚合物3D打印技术

2020-02-25 15:09来源:互联网编辑:小狐

编者按

美陆军科学家首次研制出一种先进的双聚合物长丝,利用这种双聚合物长丝可在现有的低成本3D打印机上生产出适于使用的坚固零部件,以便于上的士兵快速利用耐用的3D打印零部件替换损坏的塑料零部件。

美陆军开发出先进的双聚合物3D打印技术(图1)

研发背景

过去,美军武器装备零部件供应主要有两种途径:一是随军携带武器备件,二是从数千英里外的仓库采购零部件,需要等待数周才能到货,这两种方式都不能实现上的零部件快速更换。

美陆军致力于在上普及低成本、易操作、易维护的打印机,并在短周期内生产出优质工程零部件。2019年10月,陆军部长麦肯锡推出了一项旨在加强先进制造领域供应链的政策,此后3D打印技术得到推广。

双聚合物3D打印技术

用于3D打印的传统聚合物长丝由单一聚合物构成。美陆军研究实验室新研发的双聚合物长丝是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)与聚碳酸酯(PC)这两种不同的聚合物组成。为制造这种双聚合物长丝,ARL还出一种特殊的无模热拉拔工艺。双聚合物长丝可用作台式熔丝制造打印机进料,打印出具有结实的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯介观结构的3D打印零部件。其中,熔丝制造打印机使用加热喷嘴,喷嘴会喷出类似于熔融玻璃的熔化的塑料薄层;双聚合物长丝被一层接一层沉积,直至形成3D打印零部件。为制造特种零部件,在热塑料流出时,喷嘴与打印床均可移动。

技术优势

当前普遍使用的3D打印因材料和工艺等问题,会出现零部件易碎,机械性能较差,在退火过程中发生过度变形等问题。

但双聚合物长丝因由熔融温度不同的两种聚合物组成,利用这种长丝打印出固体零部件后,将其放入烤箱可以增强零部件的强度。在这一退火过程中,沉积的材料层会融合在一起,同时保持其几何形状。这种稳定性是由聚合物结构的高耐热性产生的。在双聚合物长丝中,一种聚合物会像骨架一样保持结构形状,其余的聚合物则熔融结合在一起。星形的聚碳酸酯芯部结构为3D打印零件了卓越的韧性和稳定性。

双聚合物3D打印技术使按需制造成为可能。将来,部署在海外的士兵可以与美国的工程师合作,设计新的硬件概念,将其作为数字文档发送,上的士兵在一天之内就可制造出实用的实物原型。这种模式转变有利于加速创新,并对不断变化的做出敏锐的反应。

北方科技信息研究所 王桂芝 李静

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本文相关词条概念解析:

打印

通常指把电脑或其他电子设备中的文字或图片等可见数据,通过打印机等输出在纸张等记录物上。

长丝

长丝是连续长度很长的丝条。又称连续长丝,是化学纤维形态的一类。在化纤制造过程中,纺丝流体连续从喷丝孔挤出,经空气冷却或在凝固浴中凝固成丝,成为连续不断的丝条,然后再经拉伸、加捻,或变形等后加工工序以供进一步加工应用。这样所制得的长度达几千米或几万米的长丝可分单丝和复丝两种。化学纤维长丝普遍应用于各种衣着,装饰用和其他产业部门。

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