Zastosowanie ciągłego wzmocnienia włókien węglowych
Zasada stosowania wzmocnienia włókien w materiałach kompozytowych polega na tym, że włókna zbrojeniowe są na ogół bardziej odporne na zużycie, silniejsze i mają lepsze właściwości mechaniczne niż materiał matrycy. Gdy kompozyty są poddawane uszkodzeniu zginania lub ścinania, włókna zbrojeniowe są wyciągane z matrycy i pochłaniają energię z przyłożonych obciążeń. W określonym zakresie długości dłuższe włókna pochłaniają więcej energii podczas wyciągnięcia, zwiększając wytrzymałość kompozytu. W przypadku kompozytów o tej samej zawartości objętości dłuższe poszczególne włókna oznaczają mniej włókien, zmniejszając stężenie naprężeń i poprawiając ogólną wydajność. Ponadto ciągłe, dłuższe włókna węglowe zapewniają lepsze smarowanie, zmniejszanie tarcia i zużycia oraz zmniejszanie tworzenia resztek ściernych.
Ze względu na ograniczenia narzędzi złożone składniki termoplastyczne (CFRTP) złożone włókno węglowe są zwykle łączone w wielu kawałkach, dzięki czemu połączenia są najsłabszymi punktami. Jakość stawów bezpośrednio wpływa na siłę zmęczeniową i żywotność usług CFRTP. Wspólne metody łączenia obejmują połączenie mechaniczne, cementowanie i spawanie. Spawanie, które wykorzystuje wtórne właściwości topnienia żywicy termoplastycznej, zapewnia lepszą siłę stawu i zdolność adaptacyjną środowiskową niż wiązanie klejenia oraz pozwala uniknąć stężenia naprężenia ze stawów mechanicznych. Spawanie jest również szybsze i łatwiejsze do automatyzacji.
Spawanie laserowe, metoda niekonaktowa, oferuje dużą prędkość, wysoką wytrzymałość, niski naprężenie wibracyjne i przydatność dla złożonych struktur, wykazując dobre perspektywy spawania CFRTP. Ostatnie badania badały technologię spawania laserowego i technologię łączenia laserowego. Spawanie penetracji laserowej może łączyć przezroczyste żywice, CFRTP, nieprzezroczyste żywice i materiały metalowe. Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, wykorzystał technologię łączenia Laser Direct, aby dołączyć do CFRTP ze stali nierdzewnej i stopu aluminium, i stwierdził, że siła wspólna przekroczyła wytrzymałość matrycy żywicy, chociaż wspólna jakość wymaga poprawy.
Obecne badania nad drukowaniem 3D na temat kompozytów termoplastycznych wzmocnionych włóknem węglowym koncentrują się głównie na krótkich włóknach węglowych, z ograniczonymi badaniami nad ciągłymi włóknami węglowymi i słabej adhezji międzywarstwowej, co wpływa na wydajność zginania.
W przeciwieństwie do tradycyjnej technologii FDM, nowa konstrukcja PrINMEAD wykorzystuje kwas polilowy (PLA) jako matrycę termoplastyczną i ciągłe włókna węglowe jako wzmocnienie. DRYNTEAD obejmuje silnik wytłaczania, blok grzejnika, rurkę z włókna węglowego i dyszy. Podczas drukowania materiał termoplastyczny topi się i włókna węglowe łączą się z stopionym materiałem, który jest napędzany silnikiem wytłaczającym i wytłaczane z dyszy. Proces ten umożliwia drukowanie 3D ciągłych kompozytów termoplastycznych wzmocnionych włóknem węglowym.
