Капиллярно-управляемая непрерывноволокнистая 3D-печать: прорыв исследователей Делавэрского университета

Новые исследования в непрерывноволокнистой 3D-печати показывают потенциал для аддитивно произведенных композитных деталей для ряда отраслей — включая космос. Опубликованные в академическом журнале Matter, исследователи из Центра композитных материалов (CCM) Делавэрского университета (Ньюарк, Делавэр, США) недавно представили лабораторный метод непрерывноволокнистой 3D-печати, включающий робототехнику и капиллярную in situ систему термического отверждения для быстрых аддитивно произведенных деталей из композитов углеродного волокна с использованием высокотемпературных термореактивных смол.

Доктор Кунь Фу, ассистент профессора Делавэрского университета и автор исследования: «Мы называем это одношаговой 3D-печатью». Названный локализованным в-плоскости термически-ассистированным (LITA) методом 3D-печати, система включает все-в-одном печатающую головку, смонтированную на роботизированной руке, которая включает углеродное волокно, отдаваемое с бобинки, направляющую планку, сопло жидкой смолы и электрический нагреватель. По мере укладки волокна на поверхность детали жидкая смола распыляется на волокна и немедленно следует нагреватель, который, как объясняет Фу, помогает и в инфузии, и в отверждении детали. Фу добавляет, что процесс нагрева снижает вязкость комнатно-температурной смолы, помогая ей инфузироваться в волокна без необходимости вакуума вдоль капилляров, или трубчатых зазоров, между волокнами. В зависимости от потребностей и размера изготавливаемой детали, Фу говорит, температуру нагревателя можно увеличивать или снижать для контроля вязкости смолы.

Преимущества и перспективы

Этот метод, как сообщается, позволяет практически одновременное смачивание и отверждение непрерывных волокон с термореактивными смолами, с потенциалом быстрого производства 3D композитных компонентов с сложными геометриями и высокими механическими свойствами, исходящими от непрерывных волокон и высокотемпературных термореактивов. Исследователи также продемонстрировали, что система может использоваться для горизонтальной и вертикальной печати, говорит Фу, и на плоских или изогнутых поверхностях, добавляя гибкости системе.

Доктор Кунь Фу: «Техника была очень перспективной до сих пор, и насколько мы знаем, мы первые, кто опубликовал подобную технику». Согласно Фу, исследователи в процессе получения патента на технологию.

Кроме того, Делавэрский университет и партнер KAI (Даллас, Техас, США) недавно получили грант NASA для использования метода LITA 3D-печати для производства непрерывных композитных компонентов, усиленных углеродным волокном, для систем тепловой защиты на космических аппаратах и посадочных системах NASA. Фу говорит, что система LITA 3D-печати была выбрана за ее способность печатать с высокотемпературными смолами.

В настоящее время технология демонстрировалась только в малом масштабе — использовались 3K углеродные волокна для исследования — но Фу говорит, что команда работает над масштабированием роботизированной системы для использования более широких пучков углеродного волокна для более крупных компонентов. Исследователи в настоящее время ищут компании, заинтересованные в сотрудничестве по масштабированию и последующей коммерциализации технологии.

Для доступа к статье Matter перейдите на www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.