​FDM 3D打印形狀記憶聚合物力學性能測試

來源：增材之光

阿爾伯塔大學將制造潛力提升到了一個新的水平，在“基于擠出的形狀記憶聚合物增材制造的機械性能”中探索了4D的世界。作者研究了基于擠出的增材制造（EBAM）的效果。形狀記憶聚合物（SMP）上的FDM 3D打印，主要與其機械性能有關。這是當今先進制造技術(shù)的主要關注點。

SMP在過去幾年中得到了認可，因為具有幾乎神奇的特性，能夠?qū)Νh(huán)境作出反應而變形，這通常意味著溫度或濕度。眾所周知，熱響應的SMP，對熱反應，并且由于制造上的可承受性，輕質(zhì)特性和有利于科學家實驗的變形特性而提供許多不同的益處，特別是由于易于編程這樣的形式。

然而，在科學家們深入研究SMP之前，他們必須了解SMP的機械特性和行為，并了解它們記憶形狀的能力。在航空航天和醫(yī)藥等一系列應用領域，已經(jīng)為SMP專門開發(fā)了許多新材料。在這項研究中，研究人員使用了一種半結(jié)晶熱塑性聚氨酯形狀記憶聚合物（MM4520）。為了避免在3D打印過程中冒泡，研究人員將聚氨酯顆粒在真空烘箱中干燥，然后開始擠出過程：
投喂
熔化
成型
冷卻
曲折

切片過程將對象（右）轉(zhuǎn)換為一系列薄層（左）。

采用Ultimaker 3進行樣品制作，然后通過數(shù)控加工將矩形件制成狗骨樣品：
使用機械加工而不是直接打印狗骨頭的主要優(yōu)點是它可以從樣品邊緣去除殼層，留下定向的裝配線。

實驗室中SMP長絲擠出裝置

Brabender Inc.驅(qū)動系統(tǒng)連接到擠出機（頂部）的插圖，擠出機熔化桶的側(cè)視圖，帶有四個加熱區(qū)（底部）

總體而言，研究團隊創(chuàng)建了120個樣本，具有四種不同的光柵角度（0°，30°，60°和90°）和三種不同的填充百分比水平（85％，100％和115％）。拉伸試驗評估如下：
測量
彈性模量
屈服強度
最大延伸率
彈性模量
拉伸韌性

根據(jù)拉伸試驗結(jié)果，除了85%具有90°光柵角的填充樣品外，沒有觀察到不同光柵角的彈性模量（e）的顯著變化，與同一填充物的其他光柵角相比，該填充樣品的彈性模量降低了約35%。此外，填充百分比從85%增加到100%會導致彈性模量顯著增加。

與彈性模量，屈服強度和彈性（E，σy，Ur）不同，在任何填充百分比水平下，光柵角會引起最大伸長率（EL％）和拉伸韌性（UT）的顯著變化。然而，光柵角度的影響隨著填充百分比的減小而放大。此外，100％填充樣品優(yōu)于85％和115％填充樣品，在可變形性和拉伸韌性方面，除了90°光柵角度外。

一批12個打印樣品（115％的內(nèi)襯和45°的光柵角）

隨著實驗的發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建了關于EBAM樣品的彈性模量的通用算法，需要具有0°和90°光柵角的樣品作為輸入。盡管100％的填充樣品只有很小的差異，但作者指出這些值與實驗結(jié)果不符。

因此，根據(jù)EBAM流程原理，引入了兩個不同的補償條款來修改CLPT模型。通過這些修改，實驗值和預測值之間的差異顯著降低至0.25％至4.47％的最小范圍。需要進行額外的研究，以驗證本文中使用的模型和修改，以驗證模型在不同條件下的可用性。

SMP是當今許多用戶的魅力所在，4D使用磁性墨水在硅酮中打印，并使用它們來提高軟驅(qū)動器的性能。