Applicering av ständig kolfiberförstärkning
Principen att använda fiberförstärkning i kompositmaterial är att de förstärkande fibrerna i allmänhet är mer slitbeständiga, starkare och har bättre mekaniska egenskaper än matrismaterialet. När kompositer utsätts för böjning eller skjuvskada dras förstärkningsfibrerna ut ur matrisen och absorberar energi från de applicerade belastningarna. Inom ett visst längdområde absorberar längre fibrer mer energi under utdragningen, vilket ökar styrkan hos kompositen. För kompositer med samma volyminnehåll betyder längre enskilda fibrer färre fibrer, minskar stresskoncentrationen och förbättrar den totala prestandan. Dessutom ger kontinuerliga, längre kolfibrer bättre smörjning, minskar friktion och slitage och minskar bildningen av slipande skräp.
På grund av verktygsbegränsningar förenas komplexa kolfiberförstärkta termoplastiska (CFRTP) -komponenter vanligtvis i flera bitar, vilket gör lederna till de svagaste punkterna. Kvaliteten på lederna påverkar direkt trötthetsstyrkan och livslängden för CFRTP -komponenter. Vanliga sammanfogningsmetoder inkluderar mekanisk sammanfogning, cementering och svetsning. Svetsning, som använder de sekundära smältegenskaperna för det termoplastiska hartset, ger bättre ledstyrka och miljöanpassningsbarhet än limbindning och undviker spänningskoncentration från mekaniska leder. Svetsning är också snabbare och lättare att automatisera.
Lasersvetsning, en icke-kontaktmetod, erbjuder hög hastighet, hög styrka, låg vibrationsspänning och lämplighet för komplexa strukturer, vilket visar goda möjligheter för CFRTP-svetsning. Nyligen genomförd forskning har undersökt laserpenetrationssvetsning och laserdirekt föreningsteknik. Laserpenetrationssvetsning kan förena transparenta hartser, CFRTP, ogenomskinliga hartser och metallmaterial. Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, använde Laser Direct -sammanfogningsteknologi för att gå med i CFRTP med rostfritt stål och aluminiumlegering, och fann att den ledstyrkan överskred den för hartsmatrisen, även om den gemensamma kvaliteten behöver förbättras.
Nuvarande 3D -utskriftsforskning om kolfiberförstärkta termoplastiska kompositer fokuserar huvudsakligen på korta kolfibrer, med begränsad forskning om kontinuerliga kolfibrer och svag vidhäftning, vilket påverkar böjningsprestanda.
Till skillnad från traditionell FDM -teknik använder en ny skrivhuvuddesign polylaktinsyra (PLA) som den termoplastiska matrisen och kontinuerliga kolfibrer som förstärkning. Skrivhuvudet innehåller en extruderingsmotor, värmareblock, kolfiberrör och munstycke. Under utskrift smälter det termoplastiska materialet och kolfibrerna med det smälta materialet, som drivs av extruderingsmotorn och extruderas från munstycket. Denna process möjliggör 3D -utskrift av kontinuerlig kolfiberförstärkta termoplastiska kompositer.
