石家庄3D打印

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基于树脂3D打印墨水的流变性质分析

更新时间: 2021-08-02 11:05:40  查看次数: 194    
微米颗粒的加入能对树脂基体起到增稠的作用,即粘度会上升,但是对于粘弹性的影响比较微小。这是因为微米颗粒比表面积较低,颗粒间无法形成有效的相互作用,分散均匀以后在基体中一般处于悬浮的状态,经过一段时间的静置会发生沉降。为了防止这类现象发生,我们用所制备的打印墨水为基体,混入短碳纤维粉末短碳纤维选择的长径比为33,实验表明该长径比的短碳纤维对环氧树脂的增强效果较为显著。短纤维的含量是另一个对增强效果有显著影响的因素。通常短纤维含量越高,所起到的增强作用越明显。但是叙述氧化硅含量的影响相似地,短碳纤维含量高,打印成型的难度会上升。常规的方法成型,材料内部会存在大量缺陷,如果采用和处理连续纤维相同的方法去除内部缺陷,短碳纤维易于加工的优势就无法体现了。因此,在经过尝试比较以后,将短纤维含量控制在25wt.%,增强效果与打印效果处于较为平衡的状态。
加入短碳纤维之后的打印墨水,在粘弹性上与只加入二氧化硅的环氧墨水差别不大,储能模量在低剪切应力区高于损耗模量,并且具有相近的储能模量和剪切屈服应力。从参数上保证了其具备良好的打印效果。

作为支撑用的墨水,在打印要求上与成型用墨水的在打印要求上相同,在功能需求上则差别较大。首先基础是它必须具备和打印墨水一致的打印效果,也就意味着相接近的流变参数。为保证这一点,同样添加10wt.%的二氧化硅颗粒到未添加固化剂的E51树脂基体中,并采用行星搅拌加三辊研磨的分散手段对其分散,实现了和环氧打印墨水相近的流变性质,即储能模量高于损耗模量,储能模量达到了104Pa量级,屈服应力也有200Pa,这样的流变参数能保证出色的打印效果。

考虑到支撑的实际作用,采用物理化学性质相近的材料,有利于支撑材料和打印材料之间有比较好的接触界面,这样在去除支撑以后,二者的界面处比较平整。其次,支撑材料是一种牺牲材料,在打印材料固化以后,需要去除掉,以保留实际打印的部分。作为环氧树脂,在无固化剂添加的情况下,不能发生固化反应,因而支撑材料可以有效与固化的环氧材料分离。但是支撑材料依然要经历打印材料的高温固化阶段,需要保证其流变性质在这个温度范围内保持稳定。在整个环氧树脂固化的温度范围内,打印材料能稳定保持其流变特性,意味着支撑墨水即使在髙温阶段,仍能稳定保持支撑的作用。作为对比,可以看到在添加大量的纳米氧化铝颗粒以后,即使初始的储能模量也达到了相同的量级,但是在温度上升的时候,其储能模量和损耗模量均下降明显,会产生明显的流动,无法满足打印需求。