学术前沿 | 声学辅助的DLP 3D打印工艺用于碳纳米纤维增强蜂窝结构。

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-05-28 21:32

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纤维增强复合材料由坚固的纤维成分和树脂基体组成，由于其优异的机械性能、耐腐蚀性和耐热性而受到广泛关注。与蜂窝结构相结合，多孔结构可以进一步减轻复合材料的重量并保持优异的力学性能。然而，制造纤维增强蜂窝结构在技术上仍然具有挑战性。在此，我们提出了一种新的驻表面声波(SSAWs)辅助数字光处理(DLP) 3D打印方法，用于制造纳米碳纤维增强蜂窝结构。研制了声辅助打印系统，研究了声辅助打印纤维增强结构的工作原理。在ssaw产生的声压场的辅助下，纳米碳纤维可以被排列成条状，从而在蜂窝状结构中进行光固化。进行了压缩试验，结果表明，打印的纤维增强复合材料表面粗糙度低，打印精度高。此外，与纯树脂结构相比，纤维增强蜂窝的极限应力和能量吸收分别提高了18.1%和7.9%，而随机分布的纳米纤维比纯树脂结构降低了9.7%的极限应力。因此，本研究验证了使用声辅助打印方法制造纤维增强蜂窝结构的能力。

在这项研究中，我们提出了一种通过声辅助DLP打印纤维增强蜂窝结构的新方法。提出了纤维增强六角形蜂窝结构设计，开发了声辅助DLP 3D打印系统。具体地说，研究了带状碳纳米纤维树脂的光固化过程。观察结果表明，我们的方法有效地将碳纳米纤维定位在六边形边缘的中心，提高了纤维增强3D打印复合材料的表面粗糙度。成功制备了多层纤维增强蜂窝结构，并对其力学性能进行了评价。在相同条件下，碳纳米纤维增强的多层六边形蜂窝的能量吸收比未增强的部分提高了7.9%，极限应力提高了18.1%。与纯树脂结构相比，随机分布的纳米纤维的极限应力降低了9.7%，这表明声图图化降低了纳米碳纤维光固化过程的光屏蔽作用。这些结果验证了我们的纤维增强技术的机械增强，以及纤维增强蜂窝结构的DLP 3D打印在精度和效率方面的重大进步。因此，我们的声学辅助DLP打印系统为需要轻质、承重多孔结构的部件提供了一种新的3D打印方法。

我们未来的工作将集中在结合移动拼接成型方法的大面积声学辅助DLP打印上。进一步研究了图案纤维的增强原理，包括纤维参数及其面内分布和纤维取向对不同加载条件下的力学性能和力学各向异性的影响。此外，我们将研究具有复杂结构和声学图案的不同种类纳米纤维的打印方法，并将该技术应用于轻量化功能部件的生产

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