Påføring av kontinuerlig karbonfiberarmering
Prinsippet om bruk av fiberarmering i sammensatte materialer er at forsterkende fibrene generelt er mer slitasjebestandige, sterkere og har bedre mekaniske egenskaper enn matriksmaterialet. Når kompositter blir utsatt for bøyning eller skjærskade, trekkes forsterkende fibrene ut av matrisen og absorberer energi fra de påførte belastningene. Innenfor en viss lengdeområde absorberer lengre fibre mer energi under uttrekking, noe som øker styrken til kompositt. For kompositter med samme voluminnhold betyr lengre individuelle fibre færre fibre, reduserer stresskonsentrasjonen og forbedrer den generelle ytelsen. I tillegg gir kontinuerlige, lengre karbonfibre bedre smøring, reduserer friksjon og slitasje og reduserer dannelsen av slipende rusk.
På grunn av verktøybegrensninger er komplekse karbonfiberarmerte termoplastiske (CFRTP) komponenter vanligvis sammen med flere stykker, noe som gjør leddene til de svakeste punktene. Kvaliteten på leddene påvirker direkte utmattelsesstyrken og levetiden til CFRTP -komponenter. Vanlige sammenføyningsmetoder inkluderer mekanisk sammenføyning, sementering og sveising. Sveising, som benytter de sekundære smelteegenskapene til den termoplastiske harpiksen, gir bedre leddstyrke og miljømessige tilpasningsevne enn limbinding, og unngår stresskonsentrasjon fra mekaniske ledd. Sveising er også raskere og enklere å automatisere.
Lasersveising, en ikke-kontaktmetode, tilbyr høy hastighet, høy styrke, lav vibrasjonsspenning og egnethet for komplekse strukturer, og viser gode utsikter for CFRTP-sveising. Nyere forskning har undersøkt laserinntrengningssveising og laser direkte sammenføyningsteknologi. Sveising av laserinntrenging kan slå sammen gjennomsiktige harpikser, CFRTP, ugjennomsiktige harpikser og metallmaterialer. Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, brukte laser direkte sammenføyningsteknologi for å bli med CFRTP med rustfritt stål og aluminiumslegering, og fant at leddstyrken overskred den for harpiksmatrisen, selv om leddkvaliteten trenger forbedring.
Nåværende 3D -utskriftsforskning på karbonfiberforsterkede termoplastiske kompositter fokuserer hovedsakelig på korte karbonfibre, med begrenset forskning på kontinuerlige karbonfibre og svak innsatsadhesjon, som påvirker bøyningsytelsen.
I motsetning til tradisjonell FDM -teknologi, bruker en ny skrivehodeutforming polylaktsyre (PLA) som den termoplastiske matrisen og kontinuerlige karbonfibre som forsterkning. Skrivhodet inneholder en ekstruderingsmotor, varmeblokk, karbonfiberrør og dyse. Under utskrift smelter det termoplastiske materialet og karbonfibrene smelter sammen med det smeltede materialet, som drives av ekstruderingsmotoren og ekstrudert fra dysen. Denne prosessen muliggjør 3D -utskrift av kontinuerlige karbonfiberforsterkede termoplastiske kompositter.
