為您淺談介紹材料特性
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2022/08/29 20:34
使用單一材料或復(fù)合材料無法完全復(fù)制生物結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能。使用多種材料可能會導(dǎo)致組件在不同位置表現(xiàn)出不同的物理和化學(xué)特性。因此，多材料AM是完全復(fù)制生物結(jié)構(gòu)特性的可行選擇。
是我們生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，為了讓干細(xì)胞生長，修補(bǔ)身體里邊各個(gè)部位，那這個(gè)納米三維的材料非常有用。?另外一個(gè)，是高科技領(lǐng)域，比如量子計(jì)算機(jī)、新一代集成塊啊，就非常非常需要這個(gè)三維納米的技術(shù)。一種可能的應(yīng)用是調(diào)整醫(yī)療植入物，其中有機(jī)材料的印刷表面將提供額外的特性，例如生物相容性和抗菌特性。另一個(gè)應(yīng)用是制造超強(qiáng)有機(jī)材料，如蜘蛛絲狀材料。納米排列的β折疊結(jié)構(gòu)是蜘蛛絲強(qiáng)度的關(guān)鍵。由于垂直分辨率低至2nm，如果我們可以提供多種具有不同特性的材料，這項(xiàng)技術(shù)可能會打印出極強(qiáng)和極薄的材料。未來也許可以應(yīng)用在具有特殊光學(xué)特性的材料上，因?yàn)槲覀兛梢源蛴〖{米級范圍內(nèi)的規(guī)則結(jié)構(gòu)。”
然而這種技術(shù)也存在一定的問題。對打印完成的材料進(jìn)行了一系列的拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明3D打印不銹鋼材料在各個(gè)方向上的物理特性是不同的。這意味著打印出來的材料具有各向異性，但是考慮到安全等因素，人們在建筑上更加傾向于使用各向同性的材料。
激光粉末床融合(LPBF)是一種用于3D打印鋁的方法，具有更高的表面光潔度和高精度。這個(gè)過程是通過使用強(qiáng)大的激光局部熔化材料開始的，然后形成一層連續(xù)的固化金屬。在該技術(shù)中，材料和零件支撐同時(shí)生成，并且基于鋁基合金的特性，可以修改工藝參數(shù)以調(diào)整孔隙率、微觀結(jié)構(gòu)和最終材料特性。
對建筑材料的合理使用，可以歸為三種：一是充分發(fā)掘材料的特性，使材料的物理特性、結(jié)構(gòu)特性得到充分真實(shí)的表達(dá)。
C復(fù)合材料不僅繼承了石墨材料的輕質(zhì)、耐高溫、耐燒蝕特性，還具有高強(qiáng)度、高模量、抗熱震、抗熱應(yīng)力、抗裂紋傳播等一系列優(yōu)異性能。
各向異性的特性在很多3D打印金屬材料上都顯現(xiàn)了出來，這成為限制該技術(shù)在建筑業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)因素。正因3D打印材料還未被深入了解，國際上許多機(jī)構(gòu)和研究人員都開始從分子層面上研究各向異性的深層原因，并試圖解決這個(gè)問題。在2014年，就有伊朗的等研究人員研究3D打印304不銹鋼的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)。
筆者在攻讀結(jié)構(gòu)工程碩士期間有幸跨專業(yè)與材料專業(yè)合作，對該不銹鋼橋的打印材料進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不銹鋼材料在經(jīng)過打印之后，內(nèi)部晶粒的形狀、大小和空間轉(zhuǎn)向都發(fā)生了變化。而這樣的變化大多源自于3D打印逐層累加的制造特點(diǎn)和打印材料快速凝固的特性。新疊加的每一層都像剛烤好的，對已經(jīng)涼了的底下幾層進(jìn)行重新加熱，影響下部的分子結(jié)構(gòu)。同時(shí)，奧氏體不銹鋼在不同溫度間的相位變換也是影響其打印材料物理特性的重要因素之一，3D打印過高的溫度下降速率使小部分的鐵素體不能及時(shí)的轉(zhuǎn)換成為奧氏體。于此同時(shí)，不同的區(qū)域之間不同的溫度下降速率也會影響各區(qū)域的分子結(jié)構(gòu)。
在機(jī)械設(shè)計(jì)與金屬切削加工中，會有不同的工件材料，不同的材料其切削形成與去除特性各不相同，我們怎么來掌握不同材料的特性呢？標(biāo)準(zhǔn)金屬材料分為6種不同的類型組，每種類型在可加工性方面都具有獨(dú)特的特性，本文將分別對它們進(jìn)行總結(jié)。
在建筑上的應(yīng)用：離心玻璃棉在建筑使用中，表面往往要附加有一定透聲作用的飾面，如小于的塑料薄膜、金屬網(wǎng)、窗紗、防火布、玻璃絲布等，基本可以保持原來的吸聲特性。離心玻璃棉具有防火、保溫、易于切割等優(yōu)良特性，是建筑吸聲常用的材料之一。但是由于離心玻璃棉表面無裝飾性，而且會有纖維灑落。
對于LPBF處理的多層材料，最重要的考慮因素是沉積材料是否會與之前的層結(jié)合。由于各種材料在熔化和凝固階段的復(fù)雜相互作用，粘接由材料的特定特性決定，這些特性由材料的熱力學(xué)演化決定。熱膨脹系數(shù)、激光吸收系數(shù)、熔化溫度和熱導(dǎo)率的失配抑制了多種材料的組合。
（2）將開發(fā)用于激光AM制造的仿生結(jié)構(gòu)的特定材料。使用多種材料可以使組件在不同位置表現(xiàn)出不同的物理和化學(xué)特性，從而滿足仿生結(jié)構(gòu)的要求。開發(fā)與生物材料具有相同機(jī)械性能的金屬或陶瓷粉末材料對于仿生結(jié)構(gòu)的激光AM至關(guān)重要。
印機(jī)使用光敏樹脂材料，該材料能夠模擬從類橡膠到透明材料在內(nèi)的多種材料特性--甚至還可模擬高韌性和高耐熱性。數(shù)字材料通過混合兩種或多種基本樹脂得到的材料混合，擴(kuò)大了材料可能性。實(shí)現(xiàn)全面色彩功能、肖氏硬度A值和其他特性，達(dá)到更高的產(chǎn)品逼真度。
我們都知道金屬為各向同性材料，復(fù)合材料為各向異性材料。通俗的說，金屬制成的結(jié)構(gòu)，在不同方向的強(qiáng)度性能幾乎相同（實(shí)際金屬材料由于工藝特性，不同方向力學(xué)性能也可能略有差異），而復(fù)合材料在各個(gè)方向的力學(xué)性能與設(shè)計(jì)有直接關(guān)系。
它采用高密度、無機(jī)或有機(jī)化合物纖維增強(qiáng)材料，具有良好的保溫和防火性能，所以被廣泛用于非燃燒體的金屬、非燃燒材料、地下建筑物等外墻保溫系統(tǒng)，而且價(jià)格低廉。復(fù)合保溫巖棉板一般有以下特性：①：具有良好的吸水性。
蜂窩點(diǎn)陣材料由于具有低密度、高比強(qiáng)度和多孔等優(yōu)點(diǎn)，已成為重要的結(jié)構(gòu)和功能材料。常規(guī)的蜂窩材料主要是泡沫、海綿和蜂窩體，其通常用于功能目的，例如聲障、防振裝置和沖擊保護(hù)裝置，3D打印技術(shù)參考此前也做過多次報(bào)道。對于泡沫金屬和海綿，孔的形狀、大小、數(shù)量和分布等孔結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是隨機(jī)的，換句話說，它們幾乎是不可控的，而對于蜂窩，孔分布和力學(xué)性能具有很強(qiáng)的各向異性。這些特性在一定程度上限制了傳統(tǒng)金屬蜂窩材料的應(yīng)用。
碳/碳復(fù)合材料兼有碳的惰性和碳纖維的高強(qiáng)度,具有良好的機(jī)械性能、耐熱性、耐腐蝕性、磨擦減振特性及熱、電傳導(dǎo)特性
該研討會主要展示在煉油、石化和發(fā)電行業(yè)工業(yè)應(yīng)用中所使用的高溫材料和涂層的特性和性能，旨在鼓勵(lì)在材料開發(fā)、性能、測試和特性、腐蝕和性能方面開展研究工作。
最終，這項(xiàng)研究在模仿螳螂蝦的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)方面顯示出巨大的前景。3D打印的陶瓷復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的韌性和抗壓強(qiáng)度特性，這在定制牙齒修復(fù)應(yīng)用中特別有用。
隨著交通運(yùn)輸行業(yè)對載運(yùn)工具的安全性、舒適性和綠色節(jié)能性提出新的需求，輕量化設(shè)計(jì)已成為軌道交通車輛的重要發(fā)展方向之一。碳纖維復(fù)合材料由于具有高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)、熱容量小、比重小等特性，已成為車體輕量化設(shè)計(jì)的首選材料之一，應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料制造的車體具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛性大等特性，在有效地降低車體質(zhì)量的同時(shí)，也提高了車體運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性。
由于SMA特性很多，并不會都利用充分，開發(fā)新型SMA針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，可以針對性提升某一特性，適應(yīng)各種相變溫度與應(yīng)用環(huán)境，減少材料特性浪費(fèi)。降低生產(chǎn)成本，提升使用性能，形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，提升SMA的利用率，尤其在土木工程領(lǐng)域，SMA能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，并能夠修復(fù)結(jié)構(gòu)裂縫，很大程度上減少結(jié)構(gòu)事后成本。
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