Композитная 3D-печать позволяет обнаруживать повреждения в аэрокосмической и строительной отраслях

Центр материалов Brightlands (Гелин, Нидерланды) разработал композитные детали, напечатанные на 3D-принтере, с функцией самочувствия. Самоопределение создает возможности для наблюдения за критически важными конструкциями в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, строительство и здравоохранение.

Что такое самоощущение?

Самоопределение - это способность материала действовать как датчик и собирать информацию о своем состоянии. Армированные углеродным волокном композиты с полимерной матрицей уже зарекомендовали себя как обеспечивающие способность к самочувствию на основе измеримых изменений электрического сопротивления непрерывных волокон. Такие материалы разрабатываются и демонстрируются для мониторинга состояния конструкций (SHM) в самолетах и ​​строительстве, включая мосты и здания.

Традиционно такие самочувствительные композитные материалы производятся с использованием технологий, включающих многоэтапные, более сложные операции и специальное оборудование. Центр материалов Brightlands объединяет самоочувствительность непрерывного углеродного волокна с производством с использованием аддитивного производства, чтобы сделать приложения SHM более рентабельными, обеспечивая более широкое использование и расширение для новых приложений.

Непрерывная 3D-печать волокон открывает новые горизонты

Аддитивное производство позволяет очень точно позиционировать и ориентировать непрерывные углеродные волокна. Таким образом, можно разместить волокна в выбранных местах внутри продукта, чтобы обеспечить требуемую прочность и жесткость на определенных путях нагрузки и сформировать неотъемлемую часть конструкции. Это означает, что углеродные волокна расположены там, где они необходимы, чтобы действовать как «датчики» для контроля структуры, а несколько волокон могут образовывать ряд датчиков по всей детали.

Центр материалов Brightlands продемонстрировал эту концепцию, отслеживая деформацию на масштабной модели пешеходного композитного моста и в простой изгибаемой балке. Оба были напечатаны на композитном 3D-принтере Composer A4 Anisoprint (Эш-сюр-Альзетт, Люксембург). «Мы особенно довольны нашими новыми системами Anisoprint, потому что они предлагают такую ​​высокую свободу в выборе материалов для печати, а также полный контроль отложения волокна», - говорит Гай Бекс, инженер-исследователь в Brightlands Materials Center. Свобода размещения волокон также имеет решающее значение для зондирования, поскольку непрерывные углеродные волокна должны выступать из детали для подключения к электронному оборудованию, используемому для мониторинга.

Более точные результаты 3D-печати

Поскольку для 3D-печати не требуются инструменты или формы, она предлагает одностадийный процесс производства непрерывных армированных волокном композитов любой формы, заменяя традиционные многоступенчатые методы, которые являются более сложными, трудоемкими и дорогими. Однако для оптимизации процесса изготовления 3D-печатных структур может потребоваться несколько итераций. Самоанализирующиеся композитные материалы, напечатанные на 3D-принтере, могут собирать информацию об условиях их реального использования, что важно для этапа проектирования и создания прототипа новых продуктов.

Во время таких испытаний самочувствительная 3D-печатная деталь регистрирует реальные условия и силы, возникающие при эксплуатации, что дает дизайнерам и инженерам более точное представление о фактических требованиях, которым должны соответствовать печатные детали.

Такое зондирование может также позволить деталям действовать как инструмент диагностики. Например, самочувствительный ортез или части протеза, напечатанные на 3D-принтере, могут направлять пациентов и предоставлять врачам ценную информацию о распределении напряжения и моделях движений.

Партнеры по исследованиям

Brightlands Materials Center - это независимый исследовательский центр, основанный Нидерландской организацией прикладных научных исследований TNO (Гаага) и провинцией Лимбург. Он поддерживает инновации в отрасли с уделением особого внимания приложениям и предлагает специальные исследования и участие в контрактах, включая план исследований по 3D-печатным самочувствительным композитам.

Anisoprint - изобретатель анизопринтинга - технологии проектирования и производства оптимальных композитных структур путем трехмерного осаждения непрерывных волокон. Компания производит 3D-принтеры, материалы (на основе углеродных и базальтовых волокон) и программное обеспечение для производства композитных деталей с анизопринтом, чтобы помочь ученым решать исследовательские задачи новыми, более эффективными способами и позволить компаниям-производителям сократить свои расходы.