隨著科技日新月異的發(fā)展，3D打印材料被證明是汽車，航空航天和工業(yè)應(yīng)用中的重要材料。近日，研究人員通過使用3D打印的碳PEEK，對道奇SUV車的板簧進行了對比研究。他們的發(fā)現(xiàn)概述發(fā)表在《基于3D打印碳PEEK的單葉片彈簧的設(shè)計優(yōu)化和有限元分析》中。

(3D打印碳PEEK材料參數(shù))

板簧是一種簡單形式的彈簧，通常稱為“balestra”，通常用于汽車懸架。車輛必須具有良好的懸架系統(tǒng)，以便實現(xiàn)良好的駕駛和人體舒適性。

在以前的研究中，主要目的是確定基于復(fù)合材料的板簧彈性應(yīng)變能和強度重量比與鋼相比。在這項研究中，旨在嘗試使用3D打印的碳PEEK材料開發(fā)板簧的過程中探索增材制造的可能性和能力，并分析各種參，例如：

● 長度

● 厚度

● 寬度

● 纖維取向

● 纖維直徑

● 纖維填充物的體積分數(shù)百分比

● 不同的負載條件

     在本研究中，研究了碳PEEK的性質(zhì)，例如拉伸強度，模量，密度和強度重量比。研究表明，與傳統(tǒng)鋼相比，碳PEEK在取向，強度，耐腐蝕性，良好的疲勞性和粘合性方面具有高彈性模量。

基于聚醚醚酮(PEEK)的聚合物復(fù)合材料具有通過3D打印的FFF(熔合長絲制造)技術(shù)可實現(xiàn)的性質(zhì)的受控組合，使得至少兩種不同的常規(guī)材料的組合是可能的。PEEK基質(zhì)材料由于其化學(xué) - 物理性質(zhì)和重量輕而在許多領(lǐng)域中起著至關(guān)重要的作用。在汽車領(lǐng)域，PEEK復(fù)合材料使我們能夠滿足強度和重量減輕的需求。聚合物復(fù)合材料不會受到腐蝕并用作涂層以創(chuàng)建保護屏障。

(a)纖維取向-0°; (b)纖維取向-45°; (c)纖維取向-90°。

研究人員使用定制的3D打印機生產(chǎn)零件，配備底盤以防止過度振動，以及鍍鉻內(nèi)部配件。配備有感應(yīng)加熱器的可移動擠出機頭可以將噴嘴精確地定位在固定加熱床上，可以保持在250℃。機器印刷平臺表面是電鍍鋅并加熱至100℃。

在對零件進行分析時，研究人員還發(fā)現(xiàn)葉片的碳纖維在拉伸試驗中能拉伸，也證明了“零纖維取向”的有效性。

響應(yīng)面方法(RSM)和方差分析(ANOVA)使得能夠開發(fā)能夠預(yù)測撓曲和彎曲應(yīng)力的分析回歸模型。這些通過使用設(shè)計參數(shù)的各種組合獲得的有限元結(jié)果來驗證。關(guān)于預(yù)測模型的驗證，有限元和回歸分析結(jié)果的獲得結(jié)果顯示與FEA結(jié)果的良好一致性。未來的工作將展示動態(tài)分析及其在動態(tài)載荷條件下的板簧行為。

（a）ARGO機床上的標準試樣：（b）3D打印的CPEEK試樣。

(a)200μm的SEM顯微照片，(b)通過圖像片段分析評估45°的纖維。