利用贝壳仿生结构控制微观结构及其3D打印

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熔融沉积成型技术(FDM)是目前广泛采用的3D打印技术。为了进一步扩大这项技术的应用领域,人们开发了各种各样的打印线材。然而,打印制品的性能不仅仅取决于所使用的材料,还与熔丝的微观结构有关。本文仿造贝壳结构提出了一种新的合成打印线材的方法。采用喷涂工艺、横向剪切法和FDM打印技术实现控制打印样品中纳米填料的排列方向。首先研究了喷涂工艺对氧化石墨烯(GO)分布均匀性和密度的影响。研究表明:适当提高喷枪高度和平台温度会减少GO的团聚,喷枪压力和喷涂速度会影响GO的分布,通过控制喷涂速度可以控制GO的分布密度。最优的喷涂工艺参数为:喷枪高度150mm,平台温度135℃,喷枪压力10 k Pa,喷涂速度100 mm/s。其次,探究打印参数对聚乳酸(PLA)打印样品机械性能的影响,为后续复合材料的打印提供指导。研究表明:适当提高填充率会使样品更致密,力学性能得到提高。打印速度、喷头温度和平台温度会影响熔丝的均匀性和层间结合度。光栅角度对纳米填料的定向排列至关重要。最优的FDM打印参数为:打印速度20mm/s,喷头温度150℃,平台温度60℃,填充率100%,光栅角度90°。最后,采用单轴拉伸试验测试GO/PLA螺旋纤维的力学性能并研究其增强原理,探究GO含量对GO/PLA打印样品力学性能的影响。研究表明:当GO含量为1 wt%时,抗拉强度提高33.4%,断裂伸长率达到555%。这种3D打印螺旋纤维的工艺可广泛应用于各种二维材料和结构复合材料的制备和研究。
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