Anvendelse af kontinuerlig forstærkning af kulfiber
Princippet om at bruge fiberforstærkning i sammensatte materialer er, at de forstærkende fibre generelt er mere slidbestandige, stærkere og har bedre mekaniske egenskaber end matrixmaterialet. Når kompositter udsættes for bøjning eller forskydningsskade, trækkes de forstærkende fibre ud af matrixen og absorberer energi fra de påførte belastninger. Inden for et bestemt længdeområde absorberer længere fibre mere energi under udtræk, hvilket øger styrken af kompositten. For kompositter med det samme volumenindhold betyder længere individuelle fibre færre fibre, reducerer stresskoncentrationen og forbedrer den samlede ydelse. Derudover tilvejebringer kontinuerlige, længere kulstoffibre bedre smøring, reducerer friktion og slid og reducerer dannelsen af slibende affald.
På grund af værktøjsbegrænsninger sammenføjes komplekse carbonfiberforstærket termoplastiske (CFRTP) komponenter typisk i flere stykker, hvilket gør leddene til de svageste punkter. Kvaliteten af leddene påvirker direkte træthedsstyrke og levetid for CFRTP -komponenter. Almindelige sammenføjningsmetoder inkluderer mekanisk sammenføjning, cementering og svejsning. Svejsning, der bruger de sekundære smeltende egenskaber for den termoplastiske harpiks, giver bedre ledstyrke og miljøtilpasningsevne end klæbemiddel og undgår stresskoncentration fra mekaniske led. Svejsning er også hurtigere og lettere at automatisere.
Laser svejsning, en ikke-kontakt-metode, tilbyder høj hastighed, høj styrke, lav vibrationsstress og egnethed til komplekse strukturer, der viser gode udsigter til CFRTP-svejsning. Nylig forskning har undersøgt laserpenetrationssvejsning og laser direkte sammenføjningsteknologi. Laserindtrængningsvejsning kan deltage i gennemsigtige harpikser, CFRTP, uigennemsigtige harpikser og metalmaterialer. Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, brugte Laser Direct Joining -teknologi til at deltage i CFRTP med rustfrit stål og aluminiumslegering og fandt, at ledstyrken overskred den for harpiksmatrix, selvom den fælles kvalitet har brug for forbedring.
Aktuel 3D -udskrivningsundersøgelse af carbonfiberforstærket termoplastiske kompositter fokuserer hovedsageligt på korte kulstoffibre med begrænset forskning på kontinuerlige carbonfibre og svage mellemlagsadhæsion, hvilket påvirker bøjningsydelsen.
I modsætning til traditionel FDM -teknologi bruger et nyt printhead -design polylaktinsyre (PLA) som den termoplastiske matrix og kontinuerlige carbonfibre som forstærkning. Printhovedet inkluderer en ekstruderingsmotor, varmeapparat, kulfiberrør og dyse. Under udskrivning smelter det termoplastiske materiale og kulstoffibrene smelter sammen med det smeltede materiale, der drives af ekstruderingsmotoren og ekstruderes fra dysen. Denne proces muliggør 3D -udskrivning af kontinuerlig kulfiberforstærket termoplastiske kompositter.
