ABS+PC，美军开发出用于FFF 3D打印的高强度多聚物线材

2020年4月25日，南极熊从外媒获悉，美国陆军近日发布了一项新的研究结果，是一种用于低成本FFF 3D打印机的多聚物线材设计。这种高强度线材有望在战场上提供帮助，以传统零件的一小部分成本及时生产出关键零件。该研究被《Advanced Engineering Materials》杂志4月版封面报道。

多聚物线材

FFF是目前最常见的3D打印技术，因为其进入门槛低，成本相对较低。然而，使用FFF创建的零件往往缺乏机械强度，因此一般不建议将其用于高风险的实战行动中，因为这些零件要经受严酷的作战环境。美国陆军的研究希望克服现有线材的局限性，创造出坚固的东西。

研究人员将ABS和聚碳酸酯（PC）结合起来，配制出了他们的新型线材。首先，他们用3D打印机制作了一个圆柱实体，它由温度较低的ABS外壳和温度较高的PC芯组成。然后用拉丝机将固体预成型体转化为线材。新拉出的线材可以再次用作3D打印的原料，但这次是ABS和PC的混合物，赋予了它优越的机械性能。为了完成这个过程，用新线材3D打印出来的零件需要在烤箱中退火24-48小时，使各层完全融合在一起，增加了额外的结构完整性。

3D打印出来的零件在热室中的延展性与注塑成型的ABS零件相当，断裂韧性值比相同的ABS几何形状的零件高1500%（15倍）。研究人员认为，PC灌注有助于抵抗热诱导的蠕变，并在退火过程中保持了零件的精确尺寸。该团队希望未来能将退火时间缩短到4小时或更短。

△3D打印预成型件和拉丝过程，图片来源：美国陆军。

实战中的快速成型制造

该研究报告的共同作者Eric Wetzel博士表示，陆军正在寻求在野外打印零件，以简化后勤工作。通过携带数字文件和原材料，将省去了携带过多的实物零件的需要。不幸的是，迄今为止，3D打印高强度零件的技术在远征环境中并不实用。打印机的体积太大，操作起来需要的能量太多，而且其原料需要专门的存储条件。

陆军机械工程师Jeff Wallace补充说："在野战、师和/或仓库一级，通过FFF工艺用高强度聚合物增材制造零件的选择，无疑将为作战人员提供更快地生产更好的临时零件的能力--几小时比几天或几周要快得多--而且成本也要低得多。"

Wallace总结道："此外，士兵们往往会根据需要随机应变，往往会找到自己设计的解决方案来解决他们面临的问题。因此，为他们提供一种强度较高的聚合物材料，使他们有机会根据需要临时解决更多的供应和设计难题，在桌面打印机中使用，可以使他们有机会进行即兴创新。然后，他们的设计将被送到适当的工程支持活动中进行评估。"

Eric Wetzel博士在演示拉丝过程，图片来自美国陆军。

有关这项研究的更多细节，请参见题为 "Tough, Additively Manufactured Structures Fabricated with Dual‐Thermoplastic Filaments"的论文。该论文由Kevin Hart、Ryan Dunn和Eric Wetzel共同撰写。


编译自：3dprintingindustry