毕业论文

打赏
当前位置: 毕业论文 > 研究现状 >

3D复合打印技术国内外研究现状和发展趋势

时间:2020-05-17 16:34来源:毕业论文
先将实体的三维数字模型离散成一系列二维层片,然后利用喷头或激光热源,通过数字化控制,将成型材料按照层片信息连续叠加固化,从而生成实体,这就是3D打印的基本工作原理[

先将实体的三维数字模型离散成一系列二维层片,然后利用喷头或激光热源,通过数字化控制,将成型材料按照层片信息连续叠加固化,从而生成实体,这就是3D打印的基本工作原理[8]。在各种3D打印技术中,选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)以及立体光刻技术(SL)等都能进行复合打印。49459

1  常用3D打印技术的复合打印原理

SLS复合打印,主要采用的是混合粉末法,将基体与增强体粉末混合,按图纸的截面形状,用激光加热指定区域,使熔点相对较低的基体粉末先融化,从而把基体和增强体粘接在一起,即实现了组分的复合。当两种材料密度不同时,混合粉中易出现沉降使得制品成分不均匀,影响性能。这种情况可以通过预先合成单一复合材料粉末,再进行SLS加工,以制得品质更高的产品。

FDM复合打印,需要预先制成预浸丝束(纤维和树脂),此预浸丝束即可作为正常线材使用,受热融化并在平台上逐层固化,层与层之间的连接是通过树脂的融化而形成的。FDM技术所用的复合材料,一般需要添加塑性剂增加流动性。

SL复合打印,需将液态光敏树脂与增强颗粒或纤维混合,形成混合溶液,再利用紫外激光快速扫描混合液,使光敏树脂迅速发生光聚合反应而固化,然后工作台下降一层薄片的高度,进行第二层激光扫描固化,如此反复,形成最终产品[8]。

以上三种复合打印的方法都是在加工前先将基体与增强体混合,在加工成型的过程中实现两种材料的复合。另外还有两种方法,一是多喷头多材料打印,在成形过程中增强体与基体自然结合;二是让两种材料在喷头内部进行复合,即可直接高效打印出所需复合材料。

2  卫星打印

2012年,意大利博洛尼亚大学的雅各布团队推出了3D打印的立方体卫星,进一步节约了卫星制造成本。该卫星尺寸100mm左右、重约1.3kg,能帮助研究人员观察太空、测量地球大气层。最大的优点是成本相对廉价,不到1万美元,约合人民币6.2万元。借助3D打印机,立方体卫星的制造变得非常简单轻松。该卫星的材质选择的是ABS塑料,能适应极端的温度、震动、辐射以及其他恶劣环境[10]。

2015年,上海航天技术研究八院研制的浦江一号卫星是国内首次应用了3D打印技术的卫星,出于卫星缩短研制周期、降低成本的需求,其天线支架采用3D打印钛合金成型。按原本传统机加工方法生产一个支架需要4个月,采用3D打印成型则仅仅需要3天,其中1天打印成型,2天开展性能检测检验。经测试,这个3D打印支架的各项性能指标完全满足设计要求,与传统机加工制造的支架性能相当[3]。

2016年,俄托木斯克理工大学发射了世界首颗外壳全由3D打印制造的立方体纳卫星[11]。其外壳尺寸为300*100*100mm,全部采用3D打印技术制造,使用的是新型航天材料。其他大部分部件则是塑料打印;电池组的外壳用氧化锆陶瓷材料3D打印而成,论文网主要是为了保护电池不受太空中温度变化的伤害,陶瓷外壳能将电池维持在最佳温度,从而延长其寿命。

然而,目前卫星打印的大多是外壳或零部件,卫星内部安装的各种传感器和计算机芯片目前还难以用3D打印的方法制作,这在一定程度上制约了3D打印技术在卫星制造上的应用。为进一步降低卫星开发的门槛,需要研究包括电路打印在内的3D复合打印在卫星打印上应用的可行性。

3  电路打印

2011年,剑桥大学研发出利用喷墨打印机打印电路的技术[12]。安德鲁·法拉利团队将石墨烯改制成了导电溶液,作为墨水用在改进的喷墨打印机上,并且打印出了薄膜电路。该墨水的制备方法是:先把石墨烯切成微小薄片,放入N—甲基吡咯烷酮中溶解,即得可导电的混合油墨。用该墨水打印出的石墨烯晶体管,比普通晶体管更轻、导电性更强、性能稳定。石墨烯由碳原子组成,是一种二维网格结构晶体,具有很强的导电、导热性能,远超过硅及其他传统半导体材料。有科学家认为,未来石墨烯有可能取代硅,成为新的制作电子元件材料,应用于计算机、柔性触摸屏以及太阳能电池等领域,彻底变革材料科学领域[13]。 3D复合打印技术国内外研究现状和发展趋势:http://www.lwfree.com/yanjiu/lunwen_52037.html

------分隔线----------------------------
推荐内容