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合材料的板簧彈性應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，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)的聚合物復合材料具有通過3D打印的FFF(熔合長絲制造)技術可實現(xiàn)的性質的受控組合，使得至少兩種不同的常規(guī)材料的組合是可能的。PEEK基質材料由于其化學 - 物理性質和重量輕而在許多領域中起著至關重要的作用。在汽車領域，PEEK復合材料使我們能夠滿足強度和重量減輕的需求。聚合物復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打印機生產零件，配備底盤以防止過度振動，以及鍍鉻內部配件。配備有感應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。

　　響應面方法(RSM)和方差分析(ANOVA)使得能夠開發(fā)能夠預測撓曲和彎曲應力的分析回歸模型。這些通過使用設計參數(shù)的各種組合獲得的有限元結果來驗證。關于預測模型的驗證，有限元和回歸分析結果的獲得結果顯示與FEA結果的良好一致性。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。