這一演示成功地證明了采用回收復(fù)合材料，可以高效而經(jīng)濟(jì)地完成大型多材料部件的3D打印。

 

    通過對(duì)其大型增材制造設(shè)備進(jìn)行一些改善，包括采用一種可容納雙進(jìn)料系統(tǒng)的新的擠出機(jī)設(shè)計(jì)，辛辛那提令這種大型多材料的打印成為可能。

 

    在過去的幾年里，辛辛那提與美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，不斷地開發(fā)并完善了其大型增材制造設(shè)備，最初的研究集中在采用單一材料系統(tǒng)特別是短纖維增強(qiáng)聚合物進(jìn)行大型打印。

這種3D打印的大型多材料復(fù)合材料模具含有回收材料

 

    “這項(xiàng)特殊研究的目的，是為了演示一種含回收材料在內(nèi)的多材料復(fù)合材料模具（包含長(zhǎng)度超過10英尺的過渡段）的打印，打印過程無需人工干預(yù)。”相關(guān)人員介紹說。

 

    這項(xiàng)演示所選擇的部件，是用于生產(chǎn)商用窗板（用于紐約市的一棟高層建筑）的預(yù)制混凝土模具的一個(gè)單面。該模具重約400磅，長(zhǎng)10英尺，厚10英寸，打印時(shí)間大約7小時(shí)。

 

    “研究表明，在一個(gè)結(jié)構(gòu)中使用多種材料，可以實(shí)現(xiàn)多種功能和新的力學(xué)性能，如具有訂制力學(xué)性能的輕量化結(jié)構(gòu)，可以擁有軟、硬兩部分的部件，以及抗沖擊的結(jié)構(gòu)。” 美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)家Vidya Kishore介紹說。

采用回收復(fù)合材料，可以高效而經(jīng)濟(jì)地完成大型多材料部件的3D打印

 

    在3D構(gòu)建中使用的兩種材料是：一種含100%回收CF/ABS （碳纖維增強(qiáng)ABS）和標(biāo)準(zhǔn)CF/ABS（碳纖維增強(qiáng)ABS）的混合物，以及ABS Syntactic 泡沫。

 

    除了采用回收材料帶來的生態(tài)效益外，對(duì)多種材料的擠出還帶來了如下優(yōu)勢(shì)：可以在智能結(jié)構(gòu)、輕量化芯層結(jié)構(gòu)中整合導(dǎo)電電路印刷、降低加工成本、便于去除支撐材料、對(duì)特殊區(qū)域進(jìn)行局部加強(qiáng)，以及能夠利用不同的材料在部件上形成不同的功能特征，甚至可以改變部件的顏色。

 

    實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵在于大型增材制造設(shè)備的多材料系統(tǒng)，該系統(tǒng)由辛辛那提與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)。這種大型雙物料熱塑性塑料擠出系統(tǒng)允許用戶只需使用一臺(tái)擠出機(jī)，就能在單獨(dú)一次構(gòu)建中采用多種不同的材料進(jìn)行打印。

 

    “通過來回滑動(dòng)位于擠出機(jī)進(jìn)料口上的兩個(gè)物料孔，就能使喂入擠出機(jī)的料流在打印過程的某個(gè)特定時(shí)間實(shí)現(xiàn)快速切換。” 相關(guān)人員介紹說，“該系統(tǒng)還包括位于機(jī)器框架外的混料機(jī)，它能夠快速混合特定數(shù)量的不同材料和填料，以獲得特殊訂制的材料級(jí)別。”

 

    相關(guān)人員解釋說，物料進(jìn)料切換機(jī)構(gòu)與混料機(jī)的組合，使得用戶能夠在單獨(dú)一次構(gòu)建中采用多種不同類型的材料和材料組合進(jìn)行打印，而不只是兩種材料。

 

    “憑借對(duì)多材料系統(tǒng)的升級(jí)，使得我們的大型增材制造設(shè)備成為目前唯一能夠做到這些的機(jī)器，這使我們從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。” 相關(guān)人員表示，“在美國(guó)能源部先進(jìn)制造辦公室和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究支持下，我們實(shí)現(xiàn)了這一制造里程碑。”