3D–печать углеродным волокном

Исследователи Национальной лаборатории им. Лоуренса Ливермора утверждают, что они являются первыми в мире 3D–печатными аэрокосмическими композитами из углеродного волокна, которые, возможно, прокладывают путь для сложных новых распечаток.

Углеродное волокно — это материал, который прочнее стали и в то же время очень легкий. Из–за этого, он идеально подходит для изготовления деталей для аэрокосмической и автомобильной промышленности. Однако при создании сложных форм из материала с использованием традиционных методов его чрезвычайно сложно контролировать.

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL), возможно, нашли способ изменить это. Исследователи — это первые в мире 3D–печатные аэрокосмические композиты из углеродного волокна. И считают, что из–за этой работы они смогут контролировать и оптимизировать использование материала с высокой спецификацией.

Это не первый раз, когда углеродное волокно было напечатано в 3D. Есть много производных PLA, которые могут сделать то же самое на обычном домашнем принтере. Однако важно отметить, что разница в том, что LLNL имеют печатные аэрокосмические композиты.

Предыдущие проблемы с использованием композитов из углеродного волокна включали сложные методы, необходимые для создания деталей и сверхкомпенсации материала из–за «проблем с производительностью». Тем не менее, исследователи из LLNL смогли добиться таких же свойств материала, что и на две трети, благодаря новому методу трехмерной печати.

Выход за пределы углеродного волокна, заполненного PLA

Для достижения этой цели LLNL создал собственный принтер для прямой печати чернилами (DIW), используя свои собственные «чернила» из композитного углеродного волокна. Исследователи также запатентовали метод лечения экструдированного материала за считанные секунды, а не за часы.

Они опирались на вычислительную модель, представленную на видео выше, чтобы разработать модели потоков нитей из углеродного волокна в своих чернилах. Юлия Канарска, аналитик, объясняет:

«Мы разработали численный код для моделирования неньютоновской жидкой полимерной смолы с дисперсией углеродных волокон. С помощью этого кода мы можем моделировать эволюцию ориентации волокон в 3D при разных условиях печати. Нам удалось найти оптимальную длину волокна и оптимальную производительность, но это все еще работа. Текущие усилия связаны с достижением еще лучшего выравнивания волокон путем приложения магнитных сил для их стабилизации».

Поскольку материал является проводящим, он позволяет контролировать тепловое каналирование. Использование может быть в производстве спутниковых компонентов, которые — напечатаны в их дизайне — изолированы с одной стороны. То есть они не требуют вращения в пространстве.

Следующей задачей для исследовательской группы является оптимизация процесса. Они продемонстрировали преимущества, достигнутые с помощью этого метода. Но, чтобы понять это дальше, это будет означать определение наилучшего способа укладки углеродного волокна.

Источник: Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора