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综述:超越标准ABS:用于熔融沉积建模的改性及复合长丝研究新进展
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年03月20日 来源:Heliyon 3.4
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这篇综述系统阐述了熔融沉积建模(FDM)技术中改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)长丝的最新研究进展,重点探讨了聚合物共混、碳基纳米材料(如石墨烯纳米片GNPs、碳纳米管CNTs)、金属颗粒(Fe/Cu)及陶瓷填料(TiO2/ZrO2)对材料机械性能(拉伸强度提升288%)、热导率(提高76倍)和功能化(电磁屏蔽达12.95 dB)的影响,为航空航天、生物医疗等领域的3D打印应用提供了创新解决方案。
熔融沉积建模(FDM)技术正通过材料创新突破传统边界。标准丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)长丝虽具有成本低、易打印等优势,但其机械强度和功能单一性限制了在高端制造中的应用。通过聚合物共混策略,如聚碳酸酯(PC)/ABS共混体系可使拉伸强度提升13%,而添加0.1 wt%氧化石墨烯(GO)即可同步增强韧性和模量。
碳基纳米材料的引入开辟了新维度。多壁碳纳米管(MWCNTs)在8 wt%添加量下使拉伸强度提高29%,单壁碳纳米管(SWCNTs)更使电导率突破9.3 S/m。石墨烯纳米片(GNPs)的独特二维结构赋予复合材料40.3%的热导率提升,而激光辅助打印技术进一步使石墨烯/ABS的层间结合强度提升27.8%。
金属填料展现出特殊功能导向。铜粉(84.6 wt%)使ABS电阻率降至0.156×10-5Ω·m,铁颗粒(30 wt%)则令磨损率降低95.7%。值得注意的是,钻石/ABS复合材料在60 wt%填充时实现热导率五倍增长,为微型电子散热提供了新思路。
陶瓷填料在特种领域表现亮眼。掺入3 wt%二氧化钛(TiO2)的ABS复合材料对γ射线衰减能力显著提升,而锶铁氧体(Sr2MgSi2O7:Eu2+)则赋予3D打印部件持久荧光特性。
后处理技术如等离子体处理使层间剪切强度提高50%,丙酮蒸汽抛光则有效降低表面粗糙度。当前研究挑战在于纳米填料的分散控制与打印参数优化,未来方向将聚焦于多材料集成打印和智能响应材料开发,推动FDM技术从原型制造向功能器件直接成型跨越。
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