Cetak 3D Serat Berkelanjutan Diferensial Kapiler: Perajukan dari Peneliti Universitas Delaware
Penelitian baru dalam pencetakan 3D serat berkelanjutan menunjukkan potensi untuk bagian komposit manufaktur aditif untuk berbagai industri — termasuk angkasa. Dipublikasikan dalam jurnal akademik Matter, peneliti dari Center for Composite Materials (CCM) Universitas Delaware (Newark, Delaware, AS) baru-baru ini memperkenalkan metode skala laboratorium untuk pencetakan 3D serat berkelanjutan yang menggabungkan robotika dan sistem pemanas in situ berbasis kapiler untuk bagian komposit serat karbon manufaktur aditif yang cepat menggunakan resin termo-set suhu tinggi.
"Kami menyebutnya pencetakan 3D satu langkah," kata Dr. Kun Fu, asisten profesor di Universitas Delaware dan penulis studi. Disebut metode pencetakan 3D localized in-plane thermal assisted (LITA), sistem terdiri dari printhead all-in-one yang dipasang pada lengan robot yang mencakup serat karbon yang dikeluarkan dari gulungan, bar pengawal, nozel resin cair dan pemanas listrik. Saat serat ditempatkan pada permukaan bagian, resin cair dihembuskan pada serat dan segera diikuti oleh pemanas, yang, menurut Fu, membantu dalam infusi dan pengobatan bagian. Fu menambahkan bahwa proses pemanas mengurangi viskositas resin suhu ruangan, membantu menginfus ke dalam serat tanpa kebutuhan vakum di kapiler, atau celah berbentuk tabung, antara serat. Tergantung pada kebutuhan dan ukuran bagian yang diproduksi, kata Fu, suhu pemanas dapat ditingkatkan atau dikurangi untuk mengontrol viskositas resin.
Metode ini dikatakan memungkinkan basahi dan pengobatan hampir bersamaan serat berkelanjutan dengan resin termo-set, dengan potensi untuk segera memproduksi komponen komposit 3D dengan geometri kompleks dan properti mekanik tinggi yang berasal dari serat berkelanjutan dan termo-set suhu tinggi. Peneliti juga telah mendemonstrasikan sistem dapat digunakan untuk pencetakan horizontal dan vertikal, kata Fu, dan pada permukaan datar atau lengkung, menambah fleksibilitas sistem.
"Teknik ini sangat menjanjikan sejauh ini," kata Fu, "dan sejauh yang kami tahu, kami adalah yang pertama untuk menerbitkan teknik seperti ini." Menurut Fu, peneliti sedang dalam proses mendapatkan paten untuk teknologi ini.
Selain itu, Universitas Delaware dan mitra KAI (Dallas, Texas, AS) baru-baru ini menerima hibah NASA untuk menggunakan metode pencetakan 3D LITA untuk manufaktur komponen komposit serat karbon berkelanjutan untuk sistem pelindung termal pada kapal angkasa dan sistem lander NASA. Fu mengatakan sistem pencetakan 3D LITA dipilih karena kemampuannya untuk mencetak dengan resin suhu tinggi.
Saat ini, teknologi hanya telah ditampilkan pada skala kecil — serat karbon 3K digunakan untuk studi — tetapi Fu mengatakan tim sedang bekerja untuk menskalakan sistem robotik untuk memungkinkan penggunaan tow serat karbon yang lebih lebar untuk komponen yang lebih besar. Peneliti saat ini mencari perusahaan yang tertarik untuk bekerjasama dalam penskalaan dan komersialisasi teknologi berikutnya.
Untuk mengakses artikel Matter, kunjungi www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.
