意大利研究员公布基于聚醚酰亚胺（PEI，ULTEM）材料的重大发现

aau讯（编辑 彬彬）近日，意大利的研究人员对数字制造材料的研究进行了更深入的研究，并在最近出版的《通过FDM 3D打印验证基于聚醚酰亚胺（PEI，ULTEM）的材料》中公布了他们的发现。

据外媒报道，本研究的作者以FDM 3D打印为重点，开发了用于评估打印部件的新测试——一种涉及关键参数的制造过程，例如：

• l喷嘴直径

• l温度

• l打印速度

• l进料速度

• l床温

• l光栅角度/宽度

通过研究发现，设置与机械性能中的强度直接相关，以前的研究文献主要集中在光栅方向和由此产生的拉伸强度、弹性性能上的层厚以及零件中的空隙如何影响拉伸性能。

而本次研究以FDM 3D打印为重点，研究人员对两个合格的航空ULTEM 9085样品进行了以下验证：

• l拉伸试验（ASTM D638）

• l弯曲试验（ISO 178）

• l短梁剪切试验（ASTM D2344M）

“ASTM D638拉伸试验和ASTM D790或ISO 178弯曲试验都是使用的由注塑或压缩成型的广泛的聚合物材料的标准。因此，实践者可能有兴趣将其扩展到FDM打印部件的机械特性的验证上，”研究人员解释说，“但不幸的是，这些标准并不能解释FDM3D打印中不可避免的空隙的存在。此外，它们并不是专门为验证FDM打印零件中影响层间粘合的介孔结构而开发的。”

在此次研究中，研究人员对两种商用级聚醚酰亚胺（PEI）材料进行热分析试验，然后进行力学试验。

实验计划每个调查测试的因素、水平和响应

研究人员解释说：“对于每一种材料类型，样品尺寸都是不同的，目的是揭示它们对力学性能的影响。”。就变量而言，材料被视为因素A，试样几何形状被视为因素B。材料采用棕褐色或黑色ULTEM 9085打印：

• l通过打印棕褐色或黑色ULTEM，将材料分为2级；

• l根据用于获得机械性能的试验，试样几何形状被评定为b=2级。

• l对于拉伸试验（ASTM D638），b=2水平对应于标准规定的I型和IV型。

• l对于弯曲（ISO 178）试验和短梁强度（SBS）（ASTM D2344M）试验，通过打印不同长度（L）条状（即L1=122 mm和L2=165 mm）获得b=2级。

据研究人员解释说：“选择这两个L值是为了在拉伸试验所需的试样长度和弯曲或SBS试验所固定的试样长度之间取得正确的平衡。我们决定研究试样几何形状的原因是考虑了层间冷却的影响。事实上，如文献所述，焊接温度以大约100°C/s的速率冷却，并在打印床上保持转变温度约1s。”

试样尺寸（mm）。（a） 拉伸试样（ASTM D638 I、IV型）；（b）弯曲试样；（c）短梁剪切试样

“在185°C时观察到宽峰，在140°C时观察到肩峰。”研究人员说：“对于黑色样本，宽峰和肩峰分别为195℃和148℃。”。

通过对棕褐色样品的试验，存在两个“明显的”热转变。对于黑色树脂，只有一种。尽管这些结果与过去对PEI混合物的其他评估相吻合，但研究人员也指出DSC测试无法解决热转变。

ULTEMTM 9085 Tan和黑色的Tanδ与温度的关系

而在所有试验中，短梁剪切试验是唯一能够区分材料的评估：

研究人员总结道：“这一结果严格取决于在加载条件下优先考虑试样内部剪切应力对试验结构的影响，以及层间粘合在FDM打印件力学性能中所起的关键作用。”

ULTEMTM 9085棕黑的差示扫描量热法

“我们需要更多的研究来解析打印参数与打印材料力学性能之间的关系。鉴于在FDM应用中有越来越多地能满足结构构件需要的增强材料，因此提高对相关性和对各向异性行为的了解是至关重要的。而在今后的研究中，还可以考虑双悬臂梁（DCB）或端部缺口弯曲（ENF）等力学试验，以设计新的FDM试验标准。”

据悉，该项目研究员将继续专注于改善3D打印的机械性能，从使用颜色到添加剂，再到研究孔隙率和生物相容性。

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