Onderzoekers introduceren capillairgestuurde methode voor continu 3D-printen met vezels

"We noemen het eenstaps 3D-printen", zegt dr. Kun Fu, assistent-professor aan de Universiteit van Delaware en auteur van het onderzoek. Dit systeem, dat de localized in-plane thermal assist (LITA) 3D-printmethode wordt genoemd, bestaat uit een alles-in-één printkop gemonteerd op een robotarm met koolstofvezel die wordt afgegeven vanaf een spoel, een geleidingsbalk, een mondstuk van vloeibare hars en een elektrische verwarming. Terwijl de vezel op het oppervlak van het onderdeel wordt geplaatst, wordt vloeibare hars op de vezels gesproeid en wordt onmiddellijk gevolgd door de verwarmer, die, legt Fu uit, zowel helpt bij de infusie als bij het uitharden van het onderdeel. Fu voegt eraan toe dat het verwarmingsproces de viscositeit van de hars op kamertemperatuur verlaagt, waardoor het in de vezels kan doordringen zonder dat er een vacuüm nodig is langs capillairen of buisvormige openingen tussen de vezels. Afhankelijk van de behoeften en de grootte van het onderdeel dat wordt vervaardigd, zegt Fu, kan de temperatuur van de verwarmer worden verhoogd of verlaagd om de viscositeit van de hars te regelen.

Deze methode maakt naar verluidt bijna gelijktijdige bevochtiging en uitharding van continue vezels met thermohardende harsen mogelijk, met het potentieel om snel 3D-composietcomponenten te produceren met complexe geometrieën en de hoge mechanische eigenschappen die afkomstig zijn van continue vezels en thermoharders op hoge temperatuur. De onderzoekers hebben ook aangetoond dat het systeem kan worden gebruikt voor horizontaal en verticaal printen, zegt Fu, en op vlakke of gebogen oppervlakken, wat bijdraagt ​​aan de flexibiliteit van het systeem.

"De techniek is tot nu toe veelbelovend", zegt Fu, "en voor zover we weten, zijn we de eersten die een techniek als deze publiceren." Volgens Fu zijn de onderzoekers bezig met het verkrijgen van een patent voor de technologie.

Daarnaast hebben de University of Delaware en partner KAI (Dallas, Texas, VS) onlangs een NASA-subsidie ​​ontvangen om de LITA 3D-printmethode te gebruiken voor de productie van continue koolstofvezelversterkte composietcomponenten voor thermische beveiligingssystemen op NASA-ruimtevaartuigen en lander-systemen. Fu zegt dat het LITA 3D-printsysteem is gekozen vanwege zijn vermogen om te printen met harsen op hoge temperatuur.

Momenteel is de technologie alleen op kleine schaal gedemonstreerd - er werden 3K-koolstofvezels gebruikt voor het onderzoek - maar Fu zegt dat het team werkt aan het opschalen van het robotsysteem om het gebruik van bredere koolstofvezelkabels voor grotere componenten mogelijk te maken. De onderzoekers zijn momenteel op zoek naar bedrijven die geïnteresseerd zijn om samen te werken aan opschaling en daaropvolgende commercialisering van de technologie.

Om toegang te krijgen tot de Kwestie artikel, ga naar www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.