电纳米纤维的层层整合在FDM3D打印中,用于分层复合材料制造
Jaymin Vrajlal Sanchaniya1, Hilary Smogor2, Valters Gobins3
1Institute of Mechanical and Biomedical Engineering, Faculty of Civil and Mechanical Engineering, Riga Technical University, 6B Kipsala Street, LV-1048 Riga, Latvia.
Polymers
|January 10, 2026
概括
这项研究介绍了一种综合制造方法,将3D打印和电结合起来,以创建用聚烯二 (PAN) 纳米纤维增强的先进的聚乳酸 (PLA) 复合材料. 最佳条件显著提高机械性能,为各种应用提供定制增强.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 层次复合材料通过多尺度增强提供了增强的性能.
- 这种复合材料的传统制造方法可能是复杂和耗时的.
- 3D打印和电是具有整合潜力的先进制造技术.
研究的目的:
- 开发一种新的综合制造方法,将融沉积建模 (FDM) 3D打印与现场电结合起来.
- 用于制造用聚烯 (PAN) 纳米纤维增强的聚乳酸 (PLA) 的等级复合结构.
- 研究FDM喷嘴温度和电旋时间对复合材料性能的影响.
主要方法:
- 化沉积建模 (FDM) 3D打印PLA. 在PLA.
- 在 PAN 纳米纤维的现场电直接到印刷的 PLA 层上.
- 系统变化FDM喷嘴温度 (210-230°C) 和电旋时间 (5-15分钟).
- 机械测试 (拉力,曲),热分析 (DSC,TGA) 和形态分析 (骨折SEM).
主要成果:
- 在220°C的FDM喷嘴温度和5分钟的电旋时间 (样本E1) 达到最佳性能.
- 样本E1显示了显著的改善:拉伸强度增加了36.5% (71MPa),模量增加了33.3% (2.8GPa),强度增加了62.0% (128MPa).
- 过度的电旋转 (15分钟) 导致由于分层和不完全透导致强度降低 (36.5%降低).
- 纳米纤维集成略有降低了玻璃过渡温度和热降解的开始.
结论:
- 集成的FDM和现场电工艺使等级PLA/PAN纳米纤维复合材料的高效制造成为可能.
- 实现最佳的机械增强需要平衡纳米纤维含量与PLA透深度.
- 这种方法可以生产适合生物医学支架,防护设备和结构部件的轻量级,定制增强复合材料.
