Primjena pojačanja kontinuiranog ugljičnih vlakana
Princip korištenja armature vlakana u kompozitnim materijalima je da su ojačavajuća vlakna općenito otpornija na habanje, jača i imaju bolja mehanička svojstva od matričnog materijala. Kad se kompoziti podvrgavaju oštećenju savijanja ili smicanja, ojačavajuća vlakna se izvlače iz matrice i apsorbiraju energiju iz primijenjenih opterećenja. Unutar određenog raspona duljine, duža vlakna apsorbiraju više energije tijekom izvlačenja, povećavajući čvrstoću kompozita. Za kompozite s istim sadržajem volumena, duža pojedinačna vlakna znače manje vlakana, smanjujući koncentraciju stresa i poboljšava ukupne performanse. Osim toga, kontinuirana, duža ugljična vlakna pružaju bolje podmazivanje, smanjujući trenje i habanje i smanjuju stvaranje abrazivnih krhotina.
Zbog ograničenja alata, složene komponente termoplastične (CFRTP) ojačane ugljičnim vlaknima obično su spojene u više komada, što zglobove čine najslabijim točkama. Kvaliteta zglobova izravno utječe na snagu umora i radni vijek CFRTP komponenti. Uobičajene metode spajanja uključuju mehaničko spajanje, cementiranje i zavarivanje. Zavarivanje, koje koristi svojstva sekundarnog topljenja termoplastične smole, omogućava bolju čvrstoću zgloba i prilagodljivost okoliša od ljepljive veze i izbjegava koncentraciju naprezanja iz mehaničkih spojeva. Zavarivanje je također brže i lakše za automatizaciju.
Lasersko zavarivanje, beskontaktna metoda, nudi veliku brzinu, visoku čvrstoću, nizak vibracijski stres i prikladnost za složene strukture, pokazujući dobre izglede za zavarivanje CFRTP. Nedavna istraživanja istraživala su zavarivanje lasera i tehnologiju izravnog pridruživanja lasera. Zavarivanje laserskog prodora može se pridružiti prozirnim smolama, CFRTP -u, neprozirnim smolama i metalnim materijalima. Ningbo Institut za materijale, Kineska akademija znanosti, koristio je lasersku tehnologiju izravnog spajanja za spajanje CFRTP -a s legurom od nehrđajućeg čelika i aluminija, i otkrio je da je čvrstoća zgloba premašila snagu matrice smole, iako je zajednička kvaliteta potrebna poboljšanja.
Trenutno istraživanje 3D ispisa termoplastičnih kompozita ojačanih ugljičnim vlaknima uglavnom se fokusira na kratka ugljična vlakna, s ograničenim istraživanjima kontinuiranih ugljičnih vlakana i slabim prianjanjem međusloja, što utječe na performanse savijanja.
Za razliku od tradicionalne FDM tehnologije, novi dizajn glave glave koristi polilaktičnu kiselinu (PLA) kao termoplastičnu matricu i kontinuirana ugljična vlakna kao pojačanje. Glava za ispis uključuje ekstruzijski motor, blok grijača, cijevi od karbonskih vlakana i mlaznicu. Tijekom tiska, termoplastični materijal se topi i ugljična vlakna se spajaju s rastopljenim materijalom, koji potiče ekstruzijski motor i ekstrudira iz mlaznice. Ovaj postupak omogućuje 3D ispis termoplastičnih kompozita ojačanih kontinuiranim ugljičnim vlaknima.
