3D-печатные композитные детали обеспечивают самочувствование повреждений для авиации и строительства

Brightlands Materials Center (Гелен, Нидерланды) разработал 3D-печатные композитные детали с функцией самочувствования. Самочувствование создает возможности для мониторинга критических структур в таких областях, как авиация, строительство и здравоохранение.

Что такое самочувствование?

Самочувствование — это способность материала действовать как датчик и собирать информацию о собственном состоянии. Углеродно-волокнисто-усиленные полимерно-матричные композиты уже установлены как обеспечивающие возможности самочувствования на основе измеримых изменений в электрическом сопротивлении непрерывных волокон. Такие материалы разрабатываются и демонстрируются для мониторинга структурного здоровья (SHM) в авиации и строительных применениях, включая мосты и здания.

Традиционно такие материалы с самочувствованием производились с использованием техник, включающих множество стадий, более сложные операции и специальное оборудование. Brightlands Materials Center объединяет самочувствование непрерывного углеродного волокна с 제작ю с использованием аддитивного производства для сделать применения SHM более стоимоэффективными, обеспечивая более широкое использование и расширение на новые применения.

3D-печатание с непрерывным волокном открывает новые горизонты

Аддитивное производство обеспечивает очень точное позиционирование и ориентацию непрерывных углеродных волокон. Таким образом, возможно размещать волокна в выбранных локациях внутри продукта для обеспечения требуемой прочности и жесткости вдоль указанных путей нагрузки, и формируя интегральную часть структуры. Это означает, что углеродные волокна находятся там, где они нужны для действия как «датчики» для мониторинга структуры, и множество волокон могут формировать ряд датчиков по всей детали.

Brightlands Materials Center продемонстрировал эту концепцию путем мониторинга деформации в масштабной модели пешеходного композитного моста и в простой балке на изгиб. Обе печатались на композитном 3D-принтере Anisoprint (Эш-сюр-Альзетте, Люксембург) Composer A4. «Мы особенно рады нашим новым системам Anisoprint, потому что они предлагают такую высокую свободу в выборе печатающих материалов, а также полный контроль над депозицией волокон», — говорит Гай Бекс, исследовательский инженер в Brightlands Materials Center. Свобода позиционирования волокон также критична для чувствования, потому что непрерывные углеродные волокна должны выступать из детали для соединения с электронным оборудованием, используемым для мониторинга.

Более точные результаты 3D-печатания

Поскольку 3D-печатание не требует инструментов или форм, оно предлагает одноступенчатый процесс для производства непрерывноволокнисто-усиленных композитов любой формы, заменяя традиционные многоступенчатые техники, которые более сложны, трудоемки и дороги. Однако оптимизация производственного процесса для 3D-печатных структур может требовать несколько итераций. 3D-печатные композиты с самочувствованием могут собирать информацию о реальных условиях использования, важной для фазы проектирования и прототипирования новых продуктов.

Во время таких тестов деталь с самочувствованием регистрирует реальные условия и силы, испытываемые в эксплуатации, что дает проектировщикам и инженерам более точное понимание фактических требований, которым должны выдерживать печатаемые детали.

Такое чувствование также может позволить деталям действовать как диагностический инструмент. Например, 3D-печатные ортезы или протезы с самочувствованием могут направлять пациентов и предоставлять ценную информацию врачам о распределении напряжений и паттернах движений.

Научные партнеры

Brightlands Materials Center — независимый исследовательский центр, основанный Нидерландской организацией прикладных научных исследований TNO (Гаага) и провинцией Лимбург. Он поддерживает инновации в индустрии с сильным приложным фокусом и предлагает посвященное контрактное исследование и участие, включая дорожную карту исследований по 3D-печатным композитам с самочувствованием.

Anisoprint — изобретатель анизопечатания — технологии проектирования и производства оптимальных композитных структур через непрерывное 3D-депонирование волокон. Компания производит 3D-принтеры, материалы (на основе углеродных и базальтовых волокон) и программное обеспечение для производства анизопечатанных композитных деталей, чтобы помочь ученым решать исследовательские проблемы новыми, более эффективными способами и позволить производственным компаниям снижать свои затраты.