Aplikace kontinuální vyztužení z uhlíkových vláken
Princip používání vyztužení vláken v kompozitních materiálech je to, že výztužná vlákna jsou obecně odolnější, silnější a mají lepší mechanické vlastnosti než materiál matrice. Když jsou kompozity podrobeny ohybovému nebo smykovému poškození, výztužná vlákna jsou vytažena z matrice a absorbují energii z aplikovaného zatížení. V určitém rozsahu délky delší vlákna absorbují během vytahování více energie, což zvyšuje sílu kompozitu. U kompozitů se stejným objemovým obsahem znamená delší jednotlivá vlákna méně vláken, což snižuje koncentraci napětí a zlepšuje celkový výkon. Kromě toho nepřetržitá, delší uhlíková vlákna poskytují lepší mazání, snižují tření a opotřebení a snižují tvorbu abrazivních zbytků.
Kvůli omezením nástrojů jsou obvykle spojeny složité komponenty termoplastické (CFRTP) zesílené z uhlíkových vláken (CFRTP), což činí klouby nejslabšími body. Kvalita kloubů přímo ovlivňuje únavovou sílu a životnost služeb komponent CFRTP. Mezi běžné metody spojení patří mechanické spojení, cementování a svařování. Svařovací svařování, které využívá sekundární vlastnosti tání termoplastické pryskyřice, poskytuje lepší sílu kloubů a environmentální přizpůsobivost než lepicí vazba a zabraňuje koncentraci napětí z mechanických kloubů. Svařování je také rychlejší a snadněji se automatizuje.
Laserová svařování, metoda bez kontaktu, nabízí vysokou rychlost, vysokou pevnost, nízký vibrační napětí a vhodnosti pro komplexní struktury, což ukazuje na dobré vyhlídky na svařování CFRTP. Nedávný výzkum prozkoumal svařování laserového penetrace a technologii laserového přímého spojení. Svařování laserového penetrace se může připojit k průhledným pryskyřicím, CFRTP, neprůhledným pryskyřicím a kovovým materiálům. Ningbo Institute of Materials, Čínská akademie věd, použila technologii laserového přímého spojení, aby se připojila k CFRTP s nerezovou ocelí a slitinou hliníku, a zjistila, že síla kloubu překročila sílu pryskyřice, i když kvalita kloubu vyžaduje zlepšení.
Současný 3D tiskový výzkum termoplastických kompozitů vyztužených z uhlíkových vláken se zaměřuje hlavně na krátká uhlíková vlákna, s omezeným výzkumem kontinuálních uhlíkových vláken a slabé mezivrstvé adheze, což ovlivňuje výkon ohybu.
Na rozdíl od tradiční technologie FDM nový design tiskové hlavy používá jako výztuž jako výztuž jako výztuž. Tisková hlava zahrnuje vytlačovací motor, blok ohřívače, hadičky z uhlíkových vláken a tryska. Během tisku se termoplastický materiál roztaví a uhlíková vlákna se spojí s roztaveným materiálem, který je poháněn vytlačovacím motorem a extrudován z trysky. Tento proces umožňuje 3D tisk kontinuálních termoplastických kompozitů vyztužených z uhlíkových vláken.
