文摘
熔融沉积模型(fdm)的最新趋势是构建复杂和本能的3 d打印。聚乳酸(PLA)是应用最广泛的原料在extrusion-based三维(3 d)印刷在许多领域,因为它是可生物降解的环境友好型;然而,它的使用是有限的,由于它的一些缺点,如机械的弱点和水溶性率。增加FDM的机械性能,纳米铜粒子增加了高级研究。打印直径小于一毫米的洞是复杂的,有一个有限的FDM中可用的报告。摘要聚乳酸(PLA) 14%的铜复合纤维是由热挤压所需的FDM的条件下。样品都用100%填充密度45°方向的样本大小50×50×10毫米。检查打印状态的影响microdrilling印刷样品,两种不同的标本是印有没有洞。一个工业钻指定提要、速度和切削宽度是用来执行测试。钻洞的大小是由扫描电子显微镜检查。 The quality of the drilled hole and the wear of the tool is investigated and reported. According to the observation, it is noted that the secondary machining operation becomes unavoidable to have a hole of less than a millimetre. Machining, cutting speed, and feed speed influence the delamination zone and the circumference of the hole.
1。介绍
对于任何组件,连接两个组件的钻井作业是必不可少的。一般来说,加工的测量是基于样本的条件和特点。样品的分层尺寸和表面粗糙度检查通过分析不同钻井条件下刀具磨损观察。钻井作业过程中出现的缺陷在聚合物基质材料取决于加工条件由于试样的条件(1]。现在,为期一天的钻井作业进行高分子材料如碳纤维增强矩阵,玻璃纤维增强矩阵,和陶瓷nanoparticle-reinforced矩阵。印刷洞直径小于1毫米在FDM是最具挑战性的任务(2]。
研究解释说,聚合物基复合材料的特点,在钻井过程中很大程度上取决于加工参数和所使用的工具3]。提高分层效果,主轴转速显示了显著影响(聚合物基复合材料)PMC-strengthened碳纳米管(4]。然而,更大的效果观察与短切纤维和PMC nanoreinforced材料。洞的周长与表面缺陷记录microdrilling [5]。突然刀具破损和多余的刀具磨损nanoparticle-reinforced PMC观察;由于硬元素的存在,该工具目击者突然工作量,大大决定了刀具寿命(6]。
刀具的几何形状和推力有重大影响纤维玻璃增强复合材料的分层(GFRC) [7]。分析损伤持续biocomposite钻井中各种加工参数会导致更好的磨损和更好的接口衔接(8]。研究microdrilling油淬火和防缩(OHN)钢使用高速钢钻头钻井期间显示,减少错误可以提供更好的性能9]。钻头的输入和输出压力将碳的循环影响纤维增强私营军事公司在钻井作业10]。
复合材料的处理状态是由芯片形成和热塑性塑料和热固性材料[钻切削参数11]。分层效应和表面粗糙度取决于芯片的形成和它的形式12]。PMC面临着切口角增加样本的厚度。毛刺形成的复合材料的表面将显著降低输出性能的加工条件和特点是和报道13]。由于较低的热导率,PMC面临一个洞收缩在加工操作,很大程度上决定了钻孔的质量(14]。碳纤维增强pmc提高钻井作业,可以大大减少推力与不同加工角度,从而减少刀具磨损的影响(15]。
加法制造巨大的优势,对内层的厚度性能作出了重大贡献的FDM过程显示3 d印刷样品的性能(16]。聚类的矩阵的强化提供了额外的工作负载决定的工具,导致过度磨损的表面不规则样品(17]。例如,当碳nanotube-PLA复合样品进行microdrilling,工具面临过度磨损,甚至打破由于负载的应用(18]。钻孔加工参数的影响环氧复合材料处理分层的行为,表面粗糙度矩阵的极限速度,和饲料条件(19]。微程序级洞几个工程的应用程序来说都是必不可少的,但洞建在微程序级使用3 d熔丝加工(FFF)过程是一项具有挑战性的任务20.]。钢筋的加工特点黄麻纤维PMC表明,钻井力和脱层区域上的推力由扫描电镜检查。分析证实,强化和矩阵之间的结合大大影响了加工条件(21]。
玻璃钢复合材料的固有特点执行钻井操作符合各种参数。钻孔几何和驱动力的影响研究(22]。使用非常规的方法工具设计、纤维增强塑料的行为是在巨大的应用程序使用。通过比较数值,钻头的几何解释说,一种纤维增强聚合物(FRP)层压板的特点发挥重要作用的结果定性方法(23]。研究碳纤维增强复合材料(CFRP)材料热行为和疲劳的机制光学形态导致疲劳性能确定材料的属性(24]。它调查了钨硬质合金钻头的磨损机理和计算速度;的行为机制可以通过分层显示钻洞。效果演示了通过削减部队(25]。
在这部作品中,解放军- 14%的铜复合丝成功地挤压和用作印刷灯丝识别条件FDM的标准尺寸。基准测试,样品印刷有或没有洞。标准操作程序执行钻井测试样本。加工条件的重要性,根据孔的几何形状是由扫描电子显微镜(SEM)研究和报道。刀具磨损描述研究也和报告完成。
2。材料和方法
2.1。解放军- 14% Bz复合丝准备
主要调查是进行不同的铜粒子尺寸80 - 90 nm的解放军矩阵。报告表明,添加14% Bz钢筋在解放军矩阵将产生一个适当的分散复合长丝的3 d打印应用程序。这里,集聚与强化[增加是一个艰巨的任务26]。Bz不到18%会降低样品的力学性能,并从之前的研究中,据报道的不同重量的百分比Bz 6、10、14、18 (27]。青铜有各种重量百分比的0、6、10、14、18个被添加到矩阵如图1。解放军坯料通过商用球磨粉过程。印度哥印拜陀金属市场在哥印拜陀,提供铜的粒径80 - 90 nm。的组合是软化温度增加到190°C,同时保持一个常数线程300 RPM的速度。解决方案是转移到料斗和挤压创建一个1.25毫米直径的3 d丝混合。确保源源不断的聚乳酸材料用铜粒子,挤出机的温度保持在60°C。
确认丝使用,必须使用相同的生产FDM-machined设置如表所示1。确定合适的铜重量%的基质材料,密度,断裂模量、强度特性、拉伸强度和弯曲模量确定。图2描述了一个典型的光学图像的3 d复合纤维的截面以50 x。随着金属颗粒的部分内容增加,粒子更凝结和集群。获得连续的3 d复合丝,当超过20%增援添加成为一项艰巨的任务。因此,矩阵的最大数量的增援材料设置为18%。
(一)
(b)
(c)
(d)
抗拉和抗弯强度降低和减少因为添加青铜强化伸长。然而,困难Bz元素承受额外的负荷能力压缩试验,并从表可以验证1。印刷样品受到基本的机械测试,如变形、压缩和弯曲测试。增加强化导致金属颗粒可能更滑,延性较低,减少拉伸和弯曲强度测试的部分。这个活动直接影响的伸长特性结合样本。Bz Wt %的增长从6%提高到18%,近300%丝属性改变是指出,证明矩阵中钢筋的影响。过多的铜粒子的表面抵抗负载变形之前,这就增加了试样的抗压强度强化增加。从分析表1,它可能会得出结论,青铜钢筋有14%将是一个适当的组件矩阵的材料。青铜变化对复合纤维的影响导致许多印刷问题。
3所示。实验装置
数控LMW-JV55立式microcasting模型用于这个研究和图所示3(一个)。基于前面的研究PMC钻井,钻床的独立参数定义,见表2。在目前的研究中,实验条件的正交矩阵的正交阵列L27田口方法计算和执行。
(一)
(b)
的商用碳化钨钻头直径0.5,0.7,和0.9毫米,45°角笛用于本研究。在考虑叶片(45°,0°和螺旋型),45°叶片表现出最佳的钻井性能(28]。印刷的尺寸样品方便适应数控机床的工作台。一个实验来测量振动进行在加工过程中使用声学传感器。观察是依赖于转速(200 - 2000 /分钟牧师)和提要(0.1到0.3毫米/分钟),记录,不会做出重大改变加工样品。样品印刷,无孔;扭曲的位图所示3 (b)与实验配置。
3.1。分层比例
分层是用来评估在不同加工条件下测试样品。分层因素的重要性是衡量使用光学测试。工艺参数对钻洞的表面质量很重要的材料去除率(MRR)和时间(29日]。分层的因素是最大孔的直径之间的比例(D马克斯)和公称直径(D笔名),如下所示 在哪里D=钻头的直径(毫米);F=饲料(毫米/分钟);和N=主轴转速(转速/分钟)。
4所示。结果与讨论
4.1。光学显微镜检查
调查的重要性印刷洞,钻洞FDM质量测量、加工样品受到光学图像。的形象不同的表中给出了演习3。
光学显微镜检查是一种最简单的技术来检查加工影响测试样本(30.]。FDM的参数依赖于灯丝材料,减少孔的几何形状可以引起严重损害这表面由于层堆积。增加层的厚度可以显著降低物质的流动,缺陷不容忽视。是复合丝,在层堆积,密度Bz层厚度的变化原因和提供了一个凸起的形状投影的内表面印刷。实现一个洞在FDM的厚度几乎是不可能的。因此,二次加工操作如microdrilling成为必要。
孔的直径的减少会导致严重的厚度缺陷孔的几何形状,可以从图验证3。而在microdrilling表面缺陷,如毛刺的形成,切口攻丝机,并指出收缩。从整体观察,非常清楚的是,一个额外的浓度应该如果孔的尺寸小于0.5毫米。找到更多关于表面L27钻,表4礼物在不同加工条件下,的入口点和出口点的钻洞。所有的图片都用50 x放大。的去除率和比例分层也被认为是在这项研究中。
总体观察表5可以总结以下方式:(1)观察的参数表明,进给速率对解放军样本- 14% Bz至关重要。(2)分层的效果在测试样本一层一层地结果直接损伤层的内表面。这种情况由于刀具工作压力存在的各层印在FDM样品。(3)力量和机制导致分层区域并提供剥离效应,被歧视的入口部分钻洞,影响分层区域的周长滑向退出部分工具。
切的旋转速度、深度、切削力microdrilling期间可能会引起振动。此外,大推力给钻井作业期间至少主轴转速会导致分层。样品是一层一层地建造,它有严重的问题与分层。也不均匀材料沉积和不规则粒子分散在构建样本将会增加严重率。高主轴转速较低的进给速率将减少分层故障3 d印刷样品。根据以前的报告,建立进给速率提供过多的缺点相对于主轴转速。
4.2。表面分析
样品的表面形貌构造使用由SEM分析了钻洞。图4显示了钻的SEM分析和打印的洞。横截面的增加是观察到的印刷洞;然而,保留了圆钻洞。数据4(一)和4 (b)从0.9毫米的上下表面钻洞,确认圆形孔的性质。通过观察,很明显,印刷洞超过1毫米的3 d打印技术的建议。二次加工操作需要一个microcut洞。了解切削区域,钻是穿过电刀,和图片显示在图4 (c)。的内表面加工样品在0.7毫米和0.5毫米的数据所示4 (d)和4 (e),分别。增加工具的直径增加切口角沿内切削区。然而,芯片,流过样品机器的外表面有足够的力量消除毛刺,发生在加工,使加工表面光滑,也可以从图验证4 (d)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
(j)
毛刺和表面缺陷的存在是0.5毫米孔横向表面上清晰可见。钻头的进展很小,有一个更少的芯片提取率。无论加工条件下,增援部队跑的表面材料,导致穿印花孔的内表面。减少钻井多个缺陷通过较低的数量润滑建议(31日]。至少一代加工温度也能导致这个故障样本的0.5毫米的钻洞。和振动发生在加工的驱动力,显著影响每一层之间的约束力,可以通过图检查4 (f)。通过目视检查和基于循环从表中获得5图像,它可以表示,E27加工条件将提供没有缺陷组件加工条件的钻直径0.9毫米,3000 rpm,速度和饲料0.1毫米,它可以通过图来验证4 (g)。
PLA材料的批量删除是在钻洞,与此同时,强化Bz粒子一直在推动的内表面测试样本。此外,层和足够的高度分散的Bz矩阵中的粒子通过图清楚地记录4 (h)。此外,加工的不规则状态会导致孔不良的循环,导致影响喷嘴的出口点。然而,微铣是必不可少的甚至在执行钻井提高精度水平。(32]。此外,它会导致质量的材料的切割。这可以从数据4(我)和4 (j)。
4.3。刀具磨损的研究
分层的效果是它避免了展品的外力随钻测试样本和的行为取决于样品的厚度和钻头的大小。钻的调查将提供处理状态的影响,扫描电镜图像的显示错误的工具。图5显示了不同的放大图像0.9毫米钻头加工在3000 rpm的进给速率0.1毫米/分钟。图5(一个)显示了中国人民解放军焊缝的低倍率的图像表面的工具。没有观察到严重的缺陷尖端的工具。这是因为光滑的解放军矩阵的性质。然而,矩阵属性可能会增加工作温度和引起严重失真33]。当测试样本上的工具的幻灯片,它增加了加工温度逐渐降低了测试材料的刚度。这一行动导致芯片的外部表面自由流动的工具。钢筋Bz元素,坚持人民解放军矩阵滑过顺利工具不会引起破裂或磨损的切削表面在工具方面。
(一)
(b)
(c)
(d)
工具的鼻子已经遭受了严重的破坏主要是由于加固材料。接触硬帧时,高强度钢材(HSS)工具受到沉重的工作量去除材料。这可能会导致撕裂的鼻子区域的工具。的工作影响几何工具可以通过查看数据5 (b)和5 (c)。高的工作条件下,突然工具的磨损和鼻子周围的物质损失是观察到的,这是由于集群Bz粒子。工具的磨损区和加强焊接工具提示如图5 (d)。
钻头的质量极大地影响加工性能由于过度使用武力。0.5毫米的分层效果最大在E8条件在0.2757毫米的材料去除率3/ m 3000 rpm的主轴转速和进给速率为0.2毫米/分钟。一个分层的因素被认为是与最大输出的23%;然后,有可能增加的表面钻洞。过去发生的振动条件可能会导致一个具有挑战性的影响研究。0.7毫米钻头的分层效应被发现有0.5479毫米的最大MRR3/分钟E12汽油分层效应的条件为12%。在这里,进给速率和速度是0.3毫米/分钟和2000 rpm,分别。在E27,加工效果表明MRR 1.1842毫米3/分钟32%分层因素。这里,主轴转速和进给速率被记录为3000 rpm和0.3毫米/分钟,分别在E27条件。
分层效应的研究在microdrilling操作打印FDM样品得出结论,进给速度有明显的分层效果,无论钻直径和主轴转速。大直径钻孔主轴速度较低的影响建立层。最小分层实现当饲料率低和使用麻花钻的钻孔质量的一些已经被证明是比布拉德钻头(34];类似的效果是目前的研究指出。
5。结论
这项研究解释了microdrilling PLA-Bz复合材料的行为指定微孔的质量。观察有关的比例分层与各种钻井参数和孔的圆度和表面被报道。分层的效果评估的损伤microdrilled洞。根据结果,获得的分层因素与进给速度和进给速率。结果解释与缺陷发生由于进给速度和复合宽度。结构区提高正确的公差的速度和进给速度。这减少了脱层区域的改善和提高钻洞。确认样品的印刷条件获得了microdrilling处理,并给出结论如下:(1)钻洞的循环是保留在高速条件下由于工作温度的增加会导致隧洞的芯片表面的工具(2)分层效果大大影响孔的大小为0.5,0.7和0.9毫米(3)速度因素大大影响加工条件下,较高的进给速率和较低的材料去除率(4)在直径0.9毫米,最大分层效果条件E27 microdrilled直径是通过比较不同(5)喂,速度,效率和切削宽度是高度受到MRR钻洞。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究的发现。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢卓越中心,VFSTR(被认为是大学)的支持来完成这一创新研究。