DLP 3D打印：碳纳米管增强复合材料的机械和应变感应

来源：广西增材制造协会

西班牙的研究人员在最近发表的“ 通过数字光处理3D打印技术对碳纳米管增强复合材料的机械和应变感应能力 ”中详细介绍了他们的研究。尽管有许多关于碳纳米管（CNT）增强复合材料的研究，从改进材料到创建可穿戴设备的传感器，再到电子纺织等等，但在这里，作者对机械性能和应变传感器进行了更为独特的研究， “基于掺有碳纳米管的商用光固化树脂开发具有自感应功能的，用于DLP 3D打印技术的导电油墨”。

作者注意到3D打印在工业界和其他许多应用领域都产生了巨大影响，作者非常准确地指出，“有广阔的改进领域”。复合材料在3D打印领域越来越受欢迎，因为各个级别的用户都可以更好地满足他们对各种研究，项目和更坚固零件制造的需求。

研究人员指出：“尤其是，由于碳纳米管（CNT）的出色的机械、热和电性能，它们在过去几十年中已成为众多研究的主题。”“它们在绝缘树脂中的含量较低，因此可以在材料内部形成电渗流网络，从而使材料的电导率提高几个数量级。”结构健康监测（SHM）是能够从此类材料中受益的主要应用，因为传感器可以检测金属量规中的应变损坏。以前，各种3D打印研究已将CNT用作填充物，以开发具有电性能的部件、弹性应变传感器、屏蔽装置和柔性电子产品。

在这项研究中，研究人员在评估碳纳米管对电导率的影响时改变了碳纳米管。接下来，在作者评估负载状态和后固化处理的影响时，研究了应变传感的潜力。

压延过程中辊之间的间隙距离

甲B9Creator用于3D打印六个样品用于与0.030，0.050，0.075，0.100 CNT含量，和0.150％（重量）的研究。这组作者说：“最相关的印刷参数是层厚度为30 μm，每层曝光时间为5.12 s，但那些具有0.150 wt％CNT的样品的曝光时间增加到6.84 s。”

“这是由于较高的CNT含量引起了由CNT引起的更普遍的UV光屏蔽效果，从而减少了光引发剂的UV辐射暴露，从而导致曝光不足。另一方面，对于CNT含量低于0.100 wt％且UV暴露时间超过5.12 s的样品，观察到过度暴露条件。”研究人员研究了应变对样品应变和机械性能的影响，其中一半样品经过了紫外线后固化处理。

具有0.100 wt％CNT的3D打印部件的示例。（a）拉伸和三点弯曲测试样品，以及（b）复杂几何形状的零件。

由于研究人员考虑了每个样品的固化程度差异，因此也将DSC样品用于“代表性结果”。

DSC测试示例，包括第一次和第二次扫描

研究人员证实，在这种情况下3D打印是有利的，因为纳米颗粒会迅速分散在树脂中。随着时间的延迟，由于纳米颗粒的重新团聚，可能导致更大的性能损失。

进行分散处理后，分散状态的变化与时间的关系以及CNT含量的变化。（a）在分散之后的0、8、21和30小时，进行含有0.100wt％CNT的分散体的TOM显微照片；（b）自分散后，碳纳米管所占的分数面积，平均较大的聚集体尺寸及其对电导率的影响随时间的变化；（c）分散后个体附聚物的大小随时间的变化；（d）分散后0 h的TOM显微照片与CNT含量的关系；（e）分散后0小时的单个团聚体尺寸随CNT含量的变化而变化。

FEG-SEM显微照片显示了在（a）低放大倍率和（b）高放大倍率下0.100 wt％CNT样品的CNTs分布。

评估表明，以较低的电渗漏阈值可以达到合适的CNT分布，并且就机械性能而言，可以提高材料的刚度。“尽管如此，对于最低的CNT含量，也发现了应变敏感性方面的最佳结果，因为它们更接近渗透阈值，隧穿效应是电荷传输的最主要机制。此外，由于受压面对试样整体电阻的影响，三点弯曲试验的应变敏感性比预期的要低得多，这是由于受压面对试样整体电阻的影响。”

“因此，结果证明了CNT增强的DLP制造的纳米复合材料在应变感应应用中的出色功能，并为UV后固化处理和CNT含量如何影响这些材料的机电性能提供了线索。”