DLP 3D打印：碳納米管增強復(fù)合材料的機械和應(yīng)變感應(yīng)

來源：廣西增材制造協(xié)會

西班牙的研究人員在最近發(fā)表的“ 通過數(shù)字光處理3D打印技術(shù)對碳納米管增強復(fù)合材料的機械和應(yīng)變感應(yīng)能力 ”中詳細介紹了他們的研究。盡管有許多關(guān)于碳納米管（CNT）增強復(fù)合材料的研究，從改進材料到創(chuàng)建可穿戴設(shè)備的傳感器，再到電子紡織等等，但在這里，作者對機械性能和應(yīng)變傳感器進行了更為獨特的研究， “基于摻有碳納米管的商用光固化樹脂開發(fā)具有自感應(yīng)功能的，用于DLP 3D打印技術(shù)的導(dǎo)電油墨”。

作者注意到3D打印在工業(yè)界和其他許多應(yīng)用領(lǐng)域都產(chǎn)生了巨大影響，作者非常準(zhǔn)確地指出，“有廣闊的改進領(lǐng)域”。復(fù)合材料在3D打印領(lǐng)域越來越受歡迎，因為各個級別的用戶都可以更好地滿足他們對各種研究，項目和更堅固零件制造的需求。

研究人員指出：“尤其是，由于碳納米管（CNT）的出色的機械、熱和電性能，它們在過去幾十年中已成為眾多研究的主題�！薄八鼈冊诮^緣樹脂中的含量較低，因此可以在材料內(nèi)部形成電滲流網(wǎng)絡(luò)，從而使材料的電導(dǎo)率提高幾個數(shù)量級�！苯Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）是能夠從此類材料中受益的主要應(yīng)用，因為傳感器可以檢測金屬量規(guī)中的應(yīng)變損壞。以前，各種3D打印研究已將CNT用作填充物，以開發(fā)具有電性能的部件、彈性應(yīng)變傳感器、屏蔽裝置和柔性電子產(chǎn)品。

在這項研究中，研究人員在評估碳納米管對電導(dǎo)率的影響時改變了碳納米管。接下來，在作者評估負載狀態(tài)和后固化處理的影響時，研究了應(yīng)變傳感的潛力。

壓延過程中輥之間的間隙距離

甲B9Creator用于3D打印六個樣品用于與0.030，0.050，0.075，0.100 CNT含量，和0.150％（重量）的研究。這組作者說：“最相關(guān)的印刷參數(shù)是層厚度為30 μm，每層曝光時間為5.12 s，但那些具有0.150 wt％CNT的樣品的曝光時間增加到6.84 s。”

“這是由于較高的CNT含量引起了由CNT引起的更普遍的UV光屏蔽效果，從而減少了光引發(fā)劑的UV輻射暴露，從而導(dǎo)致曝光不足。另一方面，對于CNT含量低于0.100 wt％且UV暴露時間超過5.12 s的樣品，觀察到過度暴露條件�！毖芯咳藛T研究了應(yīng)變對樣品應(yīng)變和機械性能的影響，其中一半樣品經(jīng)過了紫外線后固化處理。

具有0.100 wt％CNT的3D打印部件的示例。（a）拉伸和三點彎曲測試樣品，以及（b）復(fù)雜幾何形狀的零件。

由于研究人員考慮了每個樣品的固化程度差異，因此也將DSC樣品用于“代表性結(jié)果”。

DSC測試示例，包括第一次和第二次掃描

研究人員證實，在這種情況下3D打印是有利的，因為納米顆粒會迅速分散在樹脂中。隨著時間的延遲，由于納米顆粒的重新團聚，可能導(dǎo)致更大的性能損失。

進行分散處理后，分散狀態(tài)的變化與時間的關(guān)系以及CNT含量的變化。（a）在分散之后的0、8、21和30小時，進行含有0.100wt％CNT的分散體的TOM顯微照片；（b）自分散后，碳納米管所占的分數(shù)面積，平均較大的聚集體尺寸及其對電導(dǎo)率的影響隨時間的變化；（c）分散后個體附聚物的大小隨時間的變化；（d）分散后0 h的TOM顯微照片與CNT含量的關(guān)系；（e）分散后0小時的單個團聚體尺寸隨CNT含量的變化而變化。

FEG-SEM顯微照片顯示了在（a）低放大倍率和（b）高放大倍率下0.100 wt％CNT樣品的CNTs分布。

評估表明，以較低的電滲漏閾值可以達到合適的CNT分布，并且就機械性能而言，可以提高材料的剛度�！氨M管如此，對于最低的CNT含量，也發(fā)現(xiàn)了應(yīng)變敏感性方面的最佳結(jié)果，因為它們更接近滲透閾值，隧穿效應(yīng)是電荷傳輸?shù)淖钪饕獧C制。此外，由于受壓面對試樣整體電阻的影響，三點彎曲試驗的應(yīng)變敏感性比預(yù)期的要低得多，這是由于受壓面對試樣整體電阻的影響�！�

“因此，結(jié)果證明了CNT增強的DLP制造的納米復(fù)合材料在應(yīng)變感應(yīng)應(yīng)用中的出色功能，并為UV后固化處理和CNT含量如何影響這些材料的機電性能提供了線索。”