夏金飞

（上海开若纳科技有限公司，上海200125）

1 概述

橡树岭国家实验室已经开发了大面积增材制造(BAAM)系统，这是一个大规模的基于烤箱外挤压的3D 打印机，能够更快、更便宜地制造大型部件。目前的系统构建体积为6 m×2.5 m×1.8 m，沉积速率可达50 kg/h，因此有用于汽车、航空航天和能源行业3D 打印组件的潜力。该系统的原料是热塑性或纤维增强的热塑性粒料，其通过单螺杆挤出机熔融和挤出并沉积在加热的印刷床上。这提供了一个额外的优势，那就是颗粒的成本几乎是长丝原料的20 倍。目前限制BAAM印刷部件功能使用的一个问题是机械各向异性。在构建方向(z 方向)上，打印部件跨连续层的强度可以显著低于相应的平面内强度(x-y 方向)。采用20%短切碳纤维增强的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)在BAAM 上印刷的构件，其z 向拉伸强度比相应的平面强度低85%左右。甚至在小尺度的长丝挤压过程中也有类似的机械各向异性现象。在FDM?过程中，界面的温度历史已经被确定为决定层间粘结质量和整体零件强度的一个重要参数。这是因为层与层之间的主要键合机制是热熔合与聚合物互扩散，这取决于半熔融聚合物的热能以及层与层之间的接触面积。当沉积的长丝温度长期高于玻璃化转变温度(Tg)时，界面发生分子间扩散，导致界面处的机械强度增大。然而，在BAAM等体系生产较大的零件时，层间时间会非常长，使表面温度大大低于聚合物的玻璃化转变温度（Tg），导致层间键合较弱。

因此，这项研究探索了利用红外(IR)辐射在印刷层的下一层沉积之前对其表面进行预热。……