【摘 要】
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熔融沉积成型技术（FDM）具有成型效率较高、操作简便等优点,在零部件制造领域受到了广泛的关注,已成为应用范围最广的3D打印技术。随着工业产品竞争日益激烈,高性能的打印耗材是阻碍FDM技术更进一步发展的主要瓶颈之一。具有较高强度、低密度的聚醚醚酮（PEEK）正逐步代替金属和陶瓷等材料在轻量化要求较高的领域中的应用,但其耐磨性能较差。因此,如何进一步提高PEEK耐磨性是推进PEEK零部件FDM在再制造
【基金项目】
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吉林省重点科技研发项目“高性能特种工程塑料 3D 打印关键技术与装备研究”（No.20180201055GX）; 吉林省产业技术研究与开发专项项目“纤维增强热塑性聚酰亚胺 3D 打印装备与技术研究”（No.2019C038-1）
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熔融沉积成型技术（FDM）具有成型效率较高、操作简便等优点,在零部件制造领域受到了广泛的关注,已成为应用范围最广的3D打印技术。随着工业产品竞争日益激烈,高性能的打印耗材是阻碍FDM技术更进一步发展的主要瓶颈之一。具有较高强度、低密度的聚醚醚酮（PEEK）正逐步代替金属和陶瓷等材料在轻量化要求较高的领域中的应用,但其耐磨性能较差。因此,如何进一步提高PEEK耐磨性是推进PEEK零部件FDM在再制造业中应用亟需解决的问题。本文基于FDM打印技术制备了PEEK/聚四氟乙烯（PTFE）/碳纤维（CF）复合材料,研究PTFE和CF对PEEK复合材料的耐磨性强化作用和其他性能的影响规律。首先从FDM工艺参数入手,讨论FDM工艺参数对材料成型质量和性能的影响规律,获得优化的工艺参数。随后针对PEEK耐磨性特点,开展了PTFE/PEEK二元复合材料的耐磨性和力学性能研究。最后测试了CF/PTFE/PEEK三元复合材料的拉伸性能和耐磨性能的改善情况,并在优化工艺参数基础上开展了高强度耐磨复杂结构件的FDM制造成型。本文主要研究内容如下:（1）通过双螺杆挤出机制备了不同PTFE/PEEK配比的复合材料丝材,确定合适的挤丝工艺参数;利用差示扫描量热法（DSC）研究PTFE/PEEK复合材料的热性能,分析复合材料的熔融温度、结晶温度与结晶度;明晰打印温度参数对复合材料拉伸性能的影响机制,为后续实验确定样件的打印参数提供参考。（2）耐磨性要求较高的应用领域要求纯PEEK具有一定的强度和耐磨性。为此,通过实验研究PTFE含量、摩擦转速和摩擦载荷对复合材料摩擦系数和磨损量的影响规律,探究PTFE/PEEK二元复合材料表面的接触角及其拉伸强度,明晰PTFE对PTFE/PEEK复合材料润湿性和断裂机理的影响机制。（3）PTFE强化了PEEK的耐磨性但牺牲了强度。为此,以兼具强度和耐磨性为目标,系统分析3D打印CF/PTFE/PEEK三元复合材料的力学性能、摩擦磨损性能、导热性能和硬度,并从导热性和硬度的角度分析三元复合材料耐磨性改善的原因,基于优化的挤丝工艺及高强度耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料研究具有高性能、多用途复杂和高强度耐磨结构件FDM 3D打印技术的可行性。
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