Para peneliti memperkenalkan metode yang digerakkan oleh kapiler untuk pencetakan 3D serat berkelanjutan

Penelitian baru dalam pencetakan 3D serat berkelanjutan menunjukkan potensi suku cadang komposit yang diproduksi secara aditif untuk berbagai industri — termasuk ruang angkasa. Diterbitkan di jurnal akademik Materi , peneliti dari Pusat Material Komposit (CCM) Universitas Delaware (Newark, Del., AS) baru-baru ini memperkenalkan metode skala lab untuk pencetakan 3D serat berkelanjutan yang menggabungkan robotika dan berbasis kapiler, in situ sistem penyembuhan panas untuk suku cadang komposit serat karbon yang diproduksi secara aditif dan cepat menggunakan resin termoset suhu tinggi.

“Kami menyebutnya pencetakan 3D satu langkah,” kata Dr. Kun Fu, asisten profesor di Universitas Delaware dan penulis studi tersebut. Disebut sebagai metode pencetakan 3D dengan bantuan termal dalam pesawat (LITA) yang dilokalkan, sistem ini terdiri dari printhead all-in-one yang dipasang pada lengan robot yang mencakup serat karbon yang dikeluarkan dari spool, bilah pemandu, nozzle resin cair, dan listrik. pemanas. Saat serat ditempatkan ke permukaan bagian, resin cair disemprotkan ke serat dan segera diikuti oleh pemanas, yang, Fu menjelaskan, membantu dalam infus dan menyembuhkan bagian tersebut. Fu menambahkan bahwa proses pemanasan mengurangi viskositas resin suhu kamar, membantunya meresap ke dalam serat tanpa perlu vakum di sepanjang kapiler, atau celah berbentuk tabung, di antara serat. Tergantung pada kebutuhan dan ukuran bagian yang diproduksi, kata Fu, suhu pemanas dapat dinaikkan atau diturunkan untuk mengontrol viskositas resin.

Metode ini dilaporkan memungkinkan pembasahan dan pengawetan serat kontinu secara hampir bersamaan dengan resin termoset, dengan potensi untuk secara cepat memproduksi komponen komposit 3D dengan geometri kompleks dan sifat mekanik tinggi yang berasal dari serat kontinu dan termoset suhu tinggi. Para peneliti juga telah menunjukkan bahwa sistem dapat digunakan untuk pencetakan horizontal dan vertikal, kata Fu, dan pada permukaan datar atau melengkung, menambah fleksibilitas sistem.

“Tekniknya sejauh ini sangat menjanjikan,” kata Fu, “dan sejauh yang kami tahu, kami yang pertama menerbitkan teknik seperti ini.” Menurut Fu, para peneliti sedang dalam proses mendapatkan paten untuk teknologi tersebut.

Selain itu, University of Delaware dan mitra KAI (Dallas, Texas, AS) baru-baru ini menerima hibah NASA untuk menggunakan metode pencetakan 3D LITA untuk pembuatan komponen komposit yang diperkuat serat karbon berkelanjutan untuk sistem perlindungan termal pada pesawat ruang angkasa NASA dan sistem pendarat. Fu mengatakan bahwa sistem pencetakan 3D LITA dipilih karena kemampuannya untuk mencetak dengan resin suhu tinggi.

Saat ini, teknologi tersebut hanya didemonstrasikan dalam skala kecil - serat karbon 3K digunakan untuk penelitian ini - tetapi Fu mengatakan tim sedang bekerja untuk meningkatkan sistem robot untuk memungkinkan penggunaan derek serat karbon yang lebih luas untuk komponen yang lebih besar. Para peneliti saat ini sedang mencari perusahaan yang tertarik untuk berkolaborasi dalam peningkatan skala dan komersialisasi teknologi selanjutnya.

Untuk mengakses Masalah artikel, kunjungi www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.