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  3D打印技術，是一種無需復雜模具和頻繁人工操作的快速成型技術，目前廣泛采用的熔融沉積成型（FDM）3D打印技術，多使用純樹脂或短纖增強樹脂為打印原材料，其成型制品的機械性能往往低于傳統(tǒng)加工方式，難以滿足各領域對高性能材料的需求。為獲得更高性能的打印制品，北京化工大學新材料及裝備研究室賈明印副教授開發(fā)熔融浸漬法制備高纖維含量（45wt%以上）的連續(xù)玻璃纖維增強聚乳酸（CGF/PLA）預浸絲，如圖1所示，將其作為打印耗材用于研制的FDM 3D打印機，以制備機械性能更優(yōu)的打印制品。

圖1續(xù)纖維增強熱塑性3D打印絲材制備設備

  為了實現聚乳酸（PLA）對玻璃纖維束的完全浸漬，得到機械性能更好的連續(xù)玻纖增強聚乳酸復合材料打印制品，北京化工大學賈明印副教授放棄了傳統(tǒng)的連續(xù)纖維增強復合材料的3D打印方法——在打印頭內進行纖維浸漬后直接打印制品，提出了一種新型的3D打印工藝流程（圖2），使用自行設計的熔融浸漬設備（圖2）對連續(xù)玻璃纖維束進行充分浸漬并制備成1mm直徑的預浸絲，將其作為打印耗材用于自行改裝的FDM 3D打印機，并研究預浸絲浸漬工藝參數和打印工藝參數對打印制品機械性能的影響。

圖2. CGF/PLA復合材料3D打印制備與測試示意圖

圖3. CGF/PLA預浸絲制備示意圖及不同纖維含量對其機械性能的影響

  一定程度上增加預浸絲的纖維含量能有效地提高打印制品的機械性能，纖維含量達到45wt%時制品機械性能更優(yōu)。繼續(xù)提升纖維含量，樹脂含量很低，會使打印過程愈發(fā)困難，也會降低預浸絲的黏結能力，使制品力學性能一定程度降低。該研究就打印溫度和打印速度對CGF/PLA復合材料制品機械性能進行了測試與分析（圖3）。結果發(fā)現，隨著打印溫度的提升，制品的機械性能提高，隨著打印速度的提高，制品的機械性能有所下降。經過相關工藝參數的優(yōu)化，CGF/PLA復合材料打印制品的彎曲強度和模量分別達到313MP和21.5GPa，其機械性能明顯高于使用單一物料或使用短纖增強的復合材料為原材料的FDM 3D打印制品，相對于在打印噴頭內部對連續(xù)纖維進行浸漬然后直接打印的制品，該研究能顯著提高樹脂對連續(xù)纖維束的浸漬程度，對制品的機械性能有一定程度的提升。

  該工作以《Optimization of printing parameters of 3D-printed continuous glass fiber reinforced polylactic acid composites》為題發(fā)表在《Thin-Walled Structures》上，第一作者為北京化工大學的陳軻博士后，通訊作者為北京化工大學的賈明印副教授。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823121001877