密歇根州技术研究与Lulzbot,ColorFabb和Proto Pasta的3D印刷金属复合材料-复合材料网

密歇根理工大学的新研究评估了金属复合PLA细丝的热性能。本文旨在“ 通过量化铜填料,青铜填料,磁铁PLA和不锈钢PLA复合材料的热性能来弥补知识差距。

该文章由约书亚皮尔斯(Joshua Pearce)合着,他最近向我们  展示了3D打印未来的观点,  并发表了一篇研究报告,  介绍如何用3D打印机赚钱。

这个最近的论文,“ 3-D的热性能印刷聚乳酸-金属复合物”,是  由公布的  在添加制造进展  杂志。

密歇根州技术研究与Lulzbot,ColorFabb和Proto Pasta的3D印刷金属复合材料-复合材料网在CopperFIll PLA灯丝中印制的胸围3D。图像通过ColorFabb。

工程级材料

Joshua Pearce及其同事希望验证最近进入3D印刷市场的新型复合材料的范围。由于这些材料可能具有创造工程级物体的潜力。然而,由于缺乏有关材料性质的信息,“ 将这些材料应用于功能性工程系统是不可能的 ”。

为了解决这一缺口,该团队选择了四种PLA基长丝材料进行评估。受试者是由ColorFabb和Proto Pasta开发的不锈钢PLA和磁性铁PLA开发的铜填充和青铜填充物。Proto Pasta刚刚开发出具有先进耐热性能的新型PLA材料,称为HTPLA v3。

密歇根州技术研究与Lulzbot,ColorFabb和Proto Pasta的3D印刷金属复合材料-复合材料网表1显示了使用的打印参数。图像通过进步添加剂制造。

研究流程

为了评估这些材料,研究人员使用了“ 单个Lulzbot TAZ 3.0打印机与直径为0.5 mm的挤出机喷嘴 ”,并创建了3D打印结构。通过对所测试的每种材料使用相同的3D打印机,它们能够保持一致性并降低可变性。

密歇根州技术研究与Lulzbot,ColorFabb和Proto Pasta的3D印刷金属复合材料-复合材料网Lulzbot Taz 3.0 3D打印机。图片通过Lulzbot。

一旦印刷,使用Philips XL 40环境扫描电子显微镜(ESEM)评估每个物体的形态。此外,研究人员还使用了一个Holometrix TCA300热导率测试仪来发现材料的热阻测量。这些测试展示了每种材料的孔隙度和密度,以及它们如何耐热性。

密歇根州技术研究与Lulzbot,ColorFabb和Proto Pasta的3D印刷金属复合材料-复合材料网图4描绘了青铜填充印刷品的横截面SEM-BSE图像。图像通过进步添加剂制造。

Muntin生产

测试结果相当不同,分析中注意到显着的偏差。根据本文,不锈钢PLA在所有测试中表现最为一致。然而,研究指出,“ 所有的材料都没有高的重量百分比金属材料的热导率。

在意识到这一点后,该团队记录说:“ 这种三维印刷材料有几种高价值的应用,它们看起来是金属的,但是具有低的导热性。” 这包括生产节能窗户的笨蛋。笨蛋是将窗玻璃放在适当位置的条或条。根据研究,3D打印机可实现更好的保温,并允许窗户制造中更多的设计自由度。尽管“ 非理想结果 ”,研究人员乐观地认为,由于“ 提出了概念证明 ”,进一步的工作将会产生更好的发现。

 

密歇根州技术研究与Lulzbot,ColorFabb和Proto Pasta的3D印刷金属复合材料-复合材料网图14显示了测量热导率的测试结果。图像通过进步添加剂制造。

FDM金属的未来

虽然在本研究中评估的金属复合材料PLA材料相对较新,但北美的桌面金属公司今年将  发布能够生产金属物体的台式FDM 3D打印机。而在其他地方,Markforged正在开发具有期望的金属3D打印机,可实现大规模数字金属制造。

2010年3D打印金属物体的选择正在扩展为灯丝制造商Virtual Foundry开发了一种称为Filamet™的PLA材料,使FDM打印机能够生产纯金属部件。虚拟铸造厂的流程意味着能够在PLA中打印的任何3D打印机可以生产这样的零件,并且进一步的烧结工艺可以产生99%的纯金属结构。因此,看看这种材料将如何处理类似的热导率测试将是有趣的。