Nepārtrauktas oglekļa šķiedras pastiprināšanas pielietošana
Šķiedru pastiprināšanas lietošanas princips kompozītmateriālos ir tāds, ka pastiprinošās šķiedras parasti ir izturīgākas, spēcīgākas, un tām ir labākas mehāniskās īpašības nekā matricas materiālam. Kad kompozītmateriāli tiek pakļauti liekšanas vai bīdes bojājumiem, pastiprinošās šķiedras tiek izvilktas no matricas un absorbē enerģiju no pielietotajām slodzēm. Noteiktā garuma diapazonā garākas šķiedras izvilkšanas laikā absorbē vairāk enerģijas, palielinot kompozīta stiprumu. Kompozītiem ar tādu pašu apjoma saturu garākas atsevišķas šķiedras nozīmē mazāk šķiedru, samazinot stresa koncentrāciju un uzlabojot kopējo veiktspēju. Turklāt nepārtrauktas, garākas oglekļa šķiedras nodrošina labāku eļļošanu, samazinot berzi un nodilumu un samazinot abrazīvo gružu veidošanos.
Sakarā ar instrumentu ierobežojumiem sarežģīti oglekļa šķiedras pastiprinātie termoplastiskie (CFRTP) komponenti parasti tiek savienoti vairākos gabalos, padarot savienojumus par vājākajiem punktiem. Šuvju kvalitāte tieši ietekmē CFRTP komponentu noguruma izturību un kalpošanas laiku. Parastās savienošanas metodes ietver mehānisku savienošanu, cementēšanu un metināšanu. Metināšana, kas izmanto termoplastisko sveķu sekundārās kušanas īpašības, nodrošina labāku locītavu stiprumu un vides pielāgošanos nekā līmes savienošana un izvairās no stresa koncentrācijas no mehāniskām locītavām. Metināšana ir arī ātrāka un vieglāk automatizējama.
Lāzera metināšana, bezkontakta metode, piedāvā lielu ātrumu, augstu izturību, zemu vibrācijas spriegumu un piemērotību sarežģītām struktūrām, parādot labas izredzes uz CFRTP metināšanu. Jaunākie pētījumi ir izpētījuši lāzera iespiešanās metināšanu un tiešās savienošanas tehnoloģijas lāzeru. Lāzera iespiešanās metināšana var pievienoties caurspīdīgiem sveķiem, CFRTP, necaurspīdīgiem sveķiem un metāla materiāliem. Ķīnas Zinātņu akadēmijas Ningbo Materiālu institūts izmantoja tiešās savienošanas tehnoloģijas lāzeru, lai pievienotos CFRTP ar nerūsējošā tērauda un alumīnija sakausējumu, un atklāja, ka kopīgais stiprums pārsniedz sveķu matricas izturību, kaut arī kopīgā kvalitāte ir jāuzlabo.
Pašreizējie 3D drukas pētījumi par oglekļa šķiedras pastiprinātiem termoplastiskiem kompozītiem galvenokārt koncentrējas uz īsām oglekļa šķiedrām, ar ierobežotu pētījumu par nepārtrauktām oglekļa šķiedrām un vāju starpslāņu saķeri, kas ietekmē liekšanas veiktspēju.
Atšķirībā no tradicionālās FDM tehnoloģijas, jaunā drukas galviņas dizainā kā armatūru izmanto polilaktīnskābi (PLA) kā termoplastisko matricu un nepārtrauktas oglekļa šķiedras. Drukas galviņā ietilpst ekstrūzijas motors, sildītāja bloks, oglekļa šķiedras caurule un sprausla. Drukāšanas laikā termoplastiskais materiāls kūst un oglekļa šķiedras saplūst ar izkausētu materiālu, ko dzen ar ekstrūzijas motoru un izspiests no sprauslas. Šis process ļauj 3D drukāt nepārtrauktu oglekļa šķiedru pastiprinātus termoplastiskus kompozītus.
