对PEEK/CF复合材料进行材料评估和动态粉末沉积建模,用于激光粉末床融合工艺

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
• 计算建模 计算建模

背景情况:

• 聚乙乙基 (PEEK) /碳纤维 (CF) 复合材料具有高的比强度和模量,但通过粉末床融合 (PBF) 添加剂制造制成的PEEK / CF组件通常会出现脆性骨折.
• 在PEEK/CF组件中,像界面亲和力差和内部空隙等缺陷与沉积过程中粉末包装质量低于最佳有关.
• 了解和改进粉末沉积机制对于提高PBF制造的PEEK/CF复合材料的性能至关重要.

研究的目的:

• 为复合粉末开发一种高效和系统的材料评估方法,以研究其沉积机制.
• 使用离散元素方法 (DEM) 模拟PEEK/CF复合粉末的动态行为.
• 分析短碳纤维添加对PEEK粉末流动性和包装质量的影响.

主要方法:

• 通过实验测量,数值模拟和实验设计,校准和证明粉末特性,散装材料特性和接口特征.
• 采用离散元素方法 (DEM) 来建模PEEK/CF复合粉末的动态行为和相互作用.
• 进行实验以测量粉末流量和包装质量,将结果与DEM模拟进行比较.

主要成果:

• 粒子动态模型成功解释了粉末流动行为和相互作用,实验和模拟结果显示最大偏差为4.89%.
• 发现添加短碳纤维 (CF) 颗粒有助于PEEK粉末的流动,并提高复合粉末的包装质量.
• 对于PEEK/CF_30wt%和PEEK/CF_50wt%,分别观察到包装质量的实验性改善为31.3%和55.2%,模拟改善为27.4%和50.2%.

结论:

• 开发的离散元素方法模型为评估复合粉末沉积机制提供了可靠的方法.
• 将短碳纤维纳入PEEK粉末显著提高了粉末的流动性和包装密度,这对于提高PEEK/CF复合材料在增材制造中的质量至关重要.
• 这些发现表明,可以采取一种可行的策略,以减轻粉床融合产生的PEEK/CF元件的缺陷,从而提高材料性能.