高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印及其应用探索

纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能,能够实现轻质、高性能结构的制造,但传统的成型工艺过程复杂、成本高,难以实现纤维回收利用,限制了纤维增强树脂基复合材料的广泛应用.3D打印技术是一种新兴的零件成形工艺,将3D打印技术应用于纤维增强树脂基复合材料的制造,为实现复合材料低成本、绿色制造提供了可能性.综述了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出了一种高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印工艺及其回收再制造策略.     

3D打印用硅基陶瓷前驱体研究进展北大核心CSCD

聚合物前驱体转化法可使用聚合物的成型加工工艺实现陶瓷材料的加工制备,在高性能陶瓷和复合材料制备方面显示出独特的优势。3D打印技术在陶瓷前驱体成型中的应用为制备复杂结构陶瓷制件提供了全新的可能。本文从3D打印硅基陶瓷前驱体树脂体系、打印技术及其应用等方面,系统总结了近年来3D打印制备SiCO、SiCN、SiC及含B、Zr等元素硅基陶瓷材料前驱体的研究进展,并进一步指出了3D打印陶瓷前驱体面临的挑战与研究方向。     

石墨烯超材料吸波结构3D打印

石墨烯增强树脂基复合材料密度低,具有优良的电磁波吸收性能,是极具应用前景的雷达隐身吸波材料,传统的石墨烯吸波复合材料制备工艺复杂,难以灵活制备复杂结构。超材料作为一种人工电磁介质,以材料自身电磁特性为基础,通过单胞结构设计,可实现高性能超材料微波吸收结构(MetaMaterial Absorber,MMA)的设计,利用3D打印技术复杂结构零件快速成型的优势,可实现树脂基MMA功能结构一体化制造。综述了石墨烯增强树脂基复合材料、3D打印超材料吸波性能的研究进展,提出一种基于木堆结构的3D打印石墨烯增强聚乳酸复合材料梯度超材料吸波结构,该结构在4.5～40GHz频段内,具有35.5GHz的超宽频带微波吸收性能(反射损耗低于–10dB)。     

激光选区熔化设备铺粉质量提升实践

在选区激光熔化成形AlSi10Mg合金结构件过程中,铺粉质量直接影响打印件的尺寸和内部质量,尤其是前几层铺粉质量直接决定零件能否打印成功,利用控制粉末与打印基板质量、修磨刮刀、调节刮刀与基板的间隙、优化零件打印工艺性等方法改进铺粉质量,最终达到提高零件3D打印精度及成型质量的效果。     

低熔点合金/高分子复合结构同轴3D打印方法研究

针对金属/高分子异质材料一体3D打印成型的问题,设计了一种面向低熔点合金（LMPA）与高分子复合材料成型的3D打印设备。以活塞挤出驱动及双加热系统为基础,通过嵌套式同轴挤出喷头,实现LMPA与多种高分子材料的一体连续打印,从而制备较高力学强度的复合打印构件。此外,通过有限元方法对挤出压力、温度、速度等工艺参数进行了模拟仿真,并结合试验探索了打印速度、打印温度、流体黏度等参数对材料成型状态的影响,初步实现对打印工艺的优化。最后设计并打印制备了可变刚度的功能构件,并测试了相关减振性能,对LMPA/高分子复合功能结构的同轴3D打印提供了可参考的方案。     

连续纤维增强复合材料3D打印技术现状及展望

纤维增强复合材料因其轻量化、高强度和高设计自由度等优点一直备受航空、航天和汽车等领域的青睐。3D打印是实现连续纤维增强复合材料快速化、个性化和复杂化结构制备以及突破传统制造方法限制的有效途径之一。本文综述了连续纤维复合材料3D打印技术的基本原理、方法分类和研究进展,从成型的材料、工艺、性能和机理等方面进行综述,并对混杂连续纤维增强复材3D打印、多自由度3D打印及其路径规划提出了展望。     

激光熔覆制备TiC增强Ni-30Fe-20Al复合材料的组织与性能研究

为研究激光熔覆制备TiC增强Ni–30Fe–20Al复合材料的组织和力学性能,探索TiC含量对复合材料性能的影响规律,利用激光熔覆技术分别制备了TiC质量分数为0、10％、20％的陶瓷颗粒增强Ni–30Fe–20Al复合材料,并对复合材料的宏观形貌、微观组织、物相组成、显微硬度等进行了表征分析.结果表明,熔覆层与基板形...     

4D打印形状记忆合金研究进展与展望

4D打印主要是指将3D打印技术与智能材料结合制备智能构件的技术。智能构件可以在外界环境刺激下发生形状和性能的变化。形状记忆合金作为一种在外界刺激下可以发生马氏体和奥氏体互相转变而引起形状变化的智能材料,是金属4D打印的主要材料。4D打印形状记忆合金不仅可解决传统加工技术引起的晶粒粗大、杂质含量高、表面质量粗糙等问题,还可实现复杂结构的整体化制造,可加大促进形状记忆合金的应用与发展。综述4D打印NiTi基、Cu基、Fe基和Ni-MnGa基形状记忆合金的成形工艺、微观组织与性能研究进展,对4D打印形状记忆合金的发展进行展望,为4D打印形状记忆合金的研究与应用提供有益参考。     

树枝晶-非晶复合材料进展

复合材料的性能对工艺的依赖性非常强,特别是金属基复合材料。如果工艺水平一般,制备出的复合材料的性能往往也就是混合律的水平,其优势无法得到很好的发挥。目前非晶合金复合材料主要有3种(:1)固溶体树枝晶-非晶合金复合材料(;2)金属丝-非晶合金复合材料(;3)陶瓷颗粒或孔隙-非晶复合材料。本文主要阐述固溶体树枝晶-非晶复合材料。     

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

基于最小加工表面裂纹的TiAl合金铣削参数优化

TiAl合金以其优异的性能被广泛应用于航空、航天制造领域,但由于TiAl合金自身的物理、化学特性,导致其切削性能较差,加工过程中容易出现工件表面烧伤、表面微裂纹等问题。为了研究TiAl合金铣削加工过程中切削工艺参数对加工表面裂纹的影响规律,设计了TiAl合金切削参数与加工表面裂纹之间的正交试验。结果表明:切削速度对TiAl合金铣削表面裂纹的影响最大,其次是切削深度和切削宽度,每齿进给量对表面裂纹的影响最小。基于遗传算法,以表面裂纹长度为目标函数,优化得到的最优参数组合为:ae=0. 2 mm、ap=0. 2003 mm/z、fz=0. 02001 mm/z、vc=20. 0004 m/min。采用优化后的参数铣削TiAl合金,发现工件表面的实际加工裂纹长度和经过算法优化的裂纹长度相差较小,该优化方法可行性较高,误差较小。     

一代材料技术，一代大型飞机

 介绍了用于大型飞机的新材料的发展现状和趋势。当前,欧美大型飞机机体的材料结构正从以铝合金为主过渡至以复合材料为主,50%复合材料用量是未来飞机的起点。新一代大型飞机的材料技术特色首先是复合材料和钛合金用量创历史新高,以大幅度减轻飞机结构重量和降低燃油消耗;其次反映于一些具有新意的材料技术的成功推出,其中包括复合材料整体机身段、全钛发动机挂架、纤维金属层板、第3代铝锂合金、新型高强铝合金7085、新型高强高韧钛合金Ti-55531等。最后,对中国刚立项研制的大型飞机的选材原则提出了建议。     

浅议精密惯性产品制造中的增材制造

惯性技术已经成为国防及国民经济建设各行业中运动信息感知测量的核心技术.但是制造环节却成为制约其精度提高、性能改善、效率提高、成本降低的“黑障”,困扰着惯性技术再进步的步伐.刚刚兴起却迅猛发展的三维数字化增材制造(3D打印)技术彻底颠覆了传统制造,从装备到工艺、从材料到设计的理念,对制造业形成了革命性的冲击.以惯性技术产品三维数字化增材制造为目标,详细叙述了三维数字化增材制造的概念,国内外发展现状和其在精密惯性技术产品制造中的可能性、可行性和推动惯性技术产品制造变革的价值;并根据近几年对三维数字化增材制造的一些学习认知、实践感悟,提出了一些三维数字化增材制造在精密惯性技术产品制造中应用的粗浅看法和思路,以求共进.     

我国航空用钛合金材料研究现状

评述了我国航空用钛合金材料研制部门近几年研究现状,包括高温钛合金、钛基复合材料、强韧性钛合金、阻燃钛合金等,以及将来的发展趋势.     

增材制造钛铝合金研究进展

钛铝合金具有轻质、高强、耐高温等优异特性,在航空领域,特别是在航空发动机涡轮叶片上具有重要应用价值。然而,钛铝合金的室温脆性大、热变形能力低,使得采用传统的锻造、精密铸造、粉末冶金等技术均难以制造具有复杂形状,特别是具有内部空腔结构的钛铝合金叶片,限制了其性能的进一步提升。增材制造技术能够突破形状的制约,有望发展成为制造钛铝合金复杂结构零部件的新技术。目前,应用于钛铝合金的增材制造技术主要有电子束选区熔化、选区激光熔化和激光金属沉积。本文调研了增材制造钛铝合金领域2010~2020年的文献,对上述3类增材制造技术的原理和特性、所使用合金粉末的特性、打印构件的相组成、组织形貌和热处理工艺、宏观和微观力学性能及其在航空领域的应用等研究进行了对比分析和评述,并对增材制造钛铝合金发展中所存在的问题及下一步研发重点进行了总结和探讨。     

激光选区熔化技术在航空航天领域的发展现状及典型应用

增材制造技术(AM)是一种基于离散-堆积原理,以计算机模型数据来加工组件的新型制造技术。激光选区熔化(SLM)作为增材制造领域的一项重要技术,以其一体化制造特点和在复杂结构零部件制造领域的显著优势,成为航空航天制造领域的重点发展技术和前沿方向。本文综述了SLM技术的材料体系和应用领域,主要对SLM技术的最新工艺研究和航空航天领域的典型应用进行细致分析。重点阐述SLM铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金等材料体系的研究进展及成果。SLM技术在各领域广泛应用的同时,也存在成形材料内部缺陷多、高性能材料的裂纹及变形、标准体系的欠缺和粉末材料兼容性低等诸多问题和不足之处,使其发展受到一定制约,需要在这些方面做更深入的工作。     

激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金高周疲劳性能

 疲劳失效是钛合金工业应用中最重要的失效方式,疲劳强度是钛合金应用的关键性指标。为了研究激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金的疲劳性能和行为,在625 MPa到900 MPa不同应力水平下进行了室温高周疲劳(HCF)测试(应力比R=0.1,加载频率f=120~130 Hz),完成了疲劳断口表面分析。研究了气孔存在及分布对激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金疲劳性能的影响。激光沉积钛合金具有细小α/β片层组织。分析结果显示,虽然疲劳源区有气孔存在,激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金仍然具有优异的疲劳性能。取向丰富细小的α/β片层组织能有效减小疲劳源区滑移长度。分析结果还表明,应力水平对疲劳行为有一定影响。     

Effects of sintering temperature and time on defect evolution and compression properties of Ti-Al3Ti laminated composites

For metal-intermetallic laminated composites, various types of defects often occur during the preparation process. This paper studied the evolution and formation mechanism of defects,such as pores, tunnel cracks, and delamination cracks in Ti-Al₃Ti laminated composites prepared by vacuum hot-pressing method. Moreover, quasi-static and dynamic compression tests were performed to study the effects of pores and delamination cracks on the compression properties of the composites. The resu...     

Effects of FDM-3D printing parameters on mechanical properties and microstructure of CF/PEEK and GF/PEEK

Fused deposition modeling (FDM) has unique advantages in the rapid prototyping of thermoplastics which have been developed in diverse fields. However, although great efforts have been made to optimize FDM process, the mechanical properties of printed parts are limited by the weak interlamination bonding as well as the poor performance of raw filaments used, such as acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polylactic acid (PLA). Adding fibers into thermoplastic matrix and preparing high-performance filaments have been indicated to enhance the properties of fabricated parts. Recently, heat-resistant polyetheretherketone (PEEK) and its fiber reinforced composites were proposed for FDM process due to overcoming the limitation of equipment and process. However, few researches have been reported on the effects of FDM-3D printing parameters on the mechanical properties of fiber reinforced PEEK composites. Therefore, 5wt% carbon fiber (CF) and glass fiber (GF) reinforced PEEK composite filaments were prepared respectively in this study. The effects of various printing parameters including nozzle temperature, platform temperature, printing speed and layer thickness on the mechanical properties (including tensile strength, flexural strength and impact strength) were surveyed. To analyze the microstructure and failure reasons of printed CF/PEEK and GF/PEEK samples, the tensile fractured surfaces were investigated via scanning electron microscope (SEM).