Welke invloed heeft 3D-printen op de productie van composieten?

Volgens Market Watch van 3D Science Valley hebben composietmaterialen een plaats gevonden in verschillende toepassingen. Ze bieden beproefde materialen en methoden voor de vervaardiging van verschillende waardevolle onderdelen, vooral belangrijke vliegtuigonderdelen. De toepassing van composietmaterialen vordert nog steeds, en vandaag de dag, 3D-printen versnelt deze vooruitgang. De ontwikkeling van additive manufacturing-technologie biedt een manier om onderdelen van composietmaterialen te maken zonder dat er mallen nodig zijn, en tegelijkertijd biedt additive manufacturing nieuwe opties voor de productiemethoden van de composietmaterialenindustrie.

Flexibelere composietproductie

De ontwikkelingstrend van 3D-printen-additive manufacturing is naar een multidimensionaal verdiepingsniveau, geconfronteerd met massaproductietoepassingen en zich uitbreidend naar de toepassingskant. Een ontwikkelingspad naar industrialisatie is de combinatie van nieuwe materialen en nieuwe productieprocessen.

"Samengesteld ” verwijst in het algemeen naar een thermohardend of thermoplastisch polymeermatrixmateriaal versterkt met continue of discontinue vezels, meestal koolstofvezels; glasvezels; of natuurlijke vezels zoals jute, vlas, aramide of basaltvezels.

In de vliegtuigindustrie, bijvoorbeeld, hadden vliegtuigen in 1970 geen composietmaterialen, en tegenwoordig is de Boeing Dreamliner voor 80 procent composiet. Bovendien kon GE in de auto-industrie in de jaren tachtig veel van de spanningsvrije stalen onderdelen van auto's, zoals bumpers en luchtfilterhuizen, vervangen door plastic onderdelen. Additief vervaardigde onderdelen van koolstofvezelcomposiet kunnen op dezelfde manier veel bestaande onderdelen met succes vervangen.

In vergelijking met de vliegtuigindustrie kan de eerste mogelijkheid voor 3D-printen van koolstofvezelcomposiet in de automobielsector vallen op onderdelen zoals spoilers, stuurwielen of deurgrepen, en dan geleidelijk overgaan naar het vervangen van grote structurele componenten.

Voor het publiek is de lucht- en ruimtevaart de meest waardevolle eindmarkt voor composieten. In de lucht- en ruimtevaart worden composieten gebruikt in een verscheidenheid aan onderdelen en constructies, waaronder romphuiden, stringers en frames; vleugelconstructies, inclusief vleugelhuiden, rondhouten en stringers; en staartstructuren; en meer discrete componenten, zoals rond ramen, interieurcomponenten, inclusief bagage-opbergvakken en binnenwanden. Muren in vliegtuigen zijn ook vaak gemaakt van composietmaterialen.

Tegelijkertijd omvatten andere eindmarkten in termen van het materiaalvolume de windenergie-industrie, zoals windbladen gemaakt van composietmaterialen.

Voor composietproductie is de rol van additieve fabricage om onderdelen efficiënter en sneller te maken, wat misschien niet mogelijk is met bestaande composietproductie wanneer discrete onderdelen of productie in kleine hoeveelheden worden overwogen. Additive manufacturing maakt dit mogelijk, en door het gebruik van continue vezels in het additief zullen elementen van sterkte en stijfheid worden geïntroduceerd, die het toepassingsaspect van het onderdeel naar een hoger niveau tillen.

5 technieken voor het 3D printen van composieten

1. In-situ impregnatie: De droge vezels worden toegevoerd aan een mondstuk terwijl het matrixmateriaal wordt geïnjecteerd door een of meer instroommiddelen tijdens depositie door co-extrusie. De matrix wordt ingebracht en verwarmd en de vezels worden ter plaatse geïmpregneerd voordat ze worden afgezet.

2. Co-extrusie met torenhoge: in plaats van droge vezels wordt prepreg/dunne prepreg-tape in een mondstuk gevoerd, verwarmd en gecoëxtrudeerd met andere matrixmaterialen. Typisch is de matrix in de twee dezelfde als die in de co-extrusie. Anisoprint is een uitzondering, waarbij de prepreg-matrix thermohardend is terwijl co-extrusie thermoplastisch is.

3. Towpreg-extrusie: De invoer van sleepmateriaal wordt verwarmd en geëxtrudeerd zonder enig ander materiaal.

4. In-situ consolidatie: Dit proces is vergelijkbaar met een verkleinde versie van geautomatiseerde vezelplaatsing (AFP) voor thermoplasten, waarbij de binnenkomende thermoplastische tow/prepreg-tape in situ wordt uitgehard terwijl deze wordt gedeponeerd. Tijdens het toevoerproces wordt de grondstof verwarmd door een externe energiebron bij het mondstuk en vervolgens geplaatst en uitgehard door drukrollen tijdens het depositieproces.

5. Inline impregnatie: Net als bij het wikkelen van 3D-filamenten, wordt de vezel geïmpregneerd wanneer deze aan de printkop wordt geleverd. Net als bij kabelextrusie vindt afzetting plaats via een mondstuk.

Toepassing ontwikkeling van composiet 3D-printen

Dus welke onderdelen kunnen nu in composieten worden gemaakt, of misschien wordt het gemakkelijker vanwege het AM-Additive Manufacturing-proces?

Verschillende beugels en bevestigingsmiddelen worden veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie, vooral in sommige luchtvaartconstructies. Bijvoorbeeld een reeks frames en stringers in de huid van de romp. Onder het huidige productieregime is een mechanisch bevestigingsmiddel vereist om het frame en de structuur met de romphuid te verbinden. Dit wordt momenteel gedaan met behulp van een verscheidenheid aan complexe beugels en bevestigingsmiddelen, evenals andere hardware die is gefabriceerd met behulp van traditionele composietfabricage (compressiegieten) en dit kan in de toekomst efficiënter worden gedaan door additieve fabricage, afhankelijk van de volume- en materiaalvereisten van dit werk.

Natuurlijk niet alleen in grootschalige toepassingsscenario's zoals vliegtuigen, maar composietmaterialen voor 3D-printen hebben ook fantasierijke toepassingsruimte in kleine scenario's.

AM-Additive Manufacturing maakt composieten steeds praktischer voor kleinere, complexere en in kleine hoeveelheden vervaardigde onderdelen. Zo gebruikt composietproducent Hexcel ook het 'HexAM'-composietadditiefproductieproces van het bedrijf om onderdelen van onbemande luchtvaartuigen (UAV) in 3D te printen.

Maar als het gaat om kleine, enigszins complexe onderdelen, kan een beter voorstelbaar onderdeel een vervanging zijn voor de machinaal bewerkte metalen onderdelen van vandaag. Het vervangen van metalen onderdelen door composieten is al zo'n 50 jaar de manier waarop de composietenindustrie werkt. De uitdagingen waarmee additief vervaardigde composietmaterialen ter vervanging van metalen producten worden geconfronteerd, moeten echter worden aangepakt.

3D-printserviceproviders

Er zijn tegenwoordig veel 3D-printserviceproviders op de markt. De aanwezigheid van deze fabrikanten heeft ertoe geleid dat mensen zich overweldigd voelen bij het kiezen van een 3D-printservice. Aan het einde van het artikel zal ik u een professionele 3D-afdrukserviceprovider aanbevelen - JTR-machine . Het is een van de beste 3D-printbedrijven in China. Ze bieden klanten complete productoplossingen op basis van hun behoeften en kiezen ervoor om 3D-printverwerking of traditionele CNC-verwerking te gebruiken op basis van productkenmerken. Complete onderdelen en producten op de meest correcte manier. Als u zo'n professionele 3D-printserviceprovider nodig heeft om uw productieproblemen voor u op te lossen, neem dan contact met ons op.