Исследователи представляют капиллярно-управляемый метод для 3D-печати из непрерывного волокна

Новое исследование в области 3D-печати с использованием непрерывного волокна показывает потенциал для изготовления деталей из композитных материалов методом аддитивной обработки для целого ряда отраслей, включая космическую. Опубликовано в академическом журнале Matter , исследователи из Центра композитных материалов (CCM) Университета Делавэра (Ньюарк, Делавэр, США) недавно представили лабораторный метод трехмерной печати непрерывным волокном, который включает робототехнику и капиллярную технологию in situ Система термического отверждения для быстрых, аддитивных производимых деталей из углеродного волокна с использованием высокотемпературных термореактивных смол.

«Мы называем это одностадийной 3D-печатью», - говорит доктор Кун Фу, доцент Университета Делавэра и автор исследования. Эта система, называемая методом 3D-печати с локализацией в плоскости (LITA), включает в себя печатающую головку «все в одном», установленную на роботизированной руке, которая включает углеродное волокно, распределяемое из катушки, направляющую планку, сопло для жидкой смолы и электрический обогреватель. Когда волокно помещается на поверхность детали, на волокна распыляется жидкая смола, за которой сразу же следует нагреватель, который, как объясняет Фу, помогает как в инфузии, так и в отверждении детали. Фу добавляет, что процесс нагрева снижает вязкость смолы при комнатной температуре, помогая ей проникать в волокна без необходимости создания вакуума вдоль капилляров или трубчатых зазоров между волокнами. По словам Фу, в зависимости от потребностей и размера изготавливаемой детали температура нагревателя может быть увеличена или уменьшена для регулирования вязкости смолы.

Сообщается, что этот метод позволяет почти одновременно смачивать и отверждать непрерывные волокна термореактивными смолами с возможностью быстрого изготовления трехмерных композитных компонентов со сложной геометрией и высокими механическими свойствами, которые достигаются из непрерывных волокон и высокотемпературных термореактивных материалов. По словам Фу, исследователи также продемонстрировали, что систему можно использовать для горизонтальной и вертикальной печати, а также на плоских или изогнутых поверхностях, что повышает гибкость системы.

«Пока эта техника была очень многообещающей, - говорит Фу, - и, насколько нам известно, мы первые, кто опубликовал подобную технику». По словам Фу, исследователи находятся в процессе получения патента на технологию.

Кроме того, Университет Делавэра и партнер KAI (Даллас, Техас, США) недавно получили грант НАСА на использование метода 3D-печати LITA для производства непрерывных композитных компонентов, армированных углеродным волокном, для систем тепловой защиты на космических кораблях НАСА и спускаемых модулях. Фу говорит, что система 3D-печати LITA была выбрана из-за ее способности печатать с использованием высокотемпературных смол.

В настоящее время технология была продемонстрирована только в небольшом масштабе - для исследования использовались углеродные волокна 3K, - но Фу говорит, что команда работает над расширением роботизированной системы, чтобы можно было использовать более широкие жгуты из углеродного волокна для более крупных компонентов. В настоящее время исследователи ищут компании, заинтересованные в сотрудничестве по расширению масштабов и последующей коммерциализации технологии.

Чтобы получить доступ к Материалам статью, перейдите по адресу www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.