Tantangan penerapan dan terobosan material komposit yang diperkuat serat karbon dalam pencetakan 3D

Rute teknis untuk penguatan serat karbon

Ada tiga jalur utama untuk material pencetakan 3D yang diperkuat serat karbon: kawat komposit serat kontinu (CF-CRF), kawat pengisi serat cincang, dan sintering serat karbon berbasis logam. Diantaranya, teknologi CF-CRF secara serempak mengekstrusi bundel serat karbon dan matriks nilon atau PEEK untuk membentuk struktur yang diperkuat serat secara terus menerus, dan sifat mekaniknya dapat ditingkatkan dua hingga tiga kali lipat. Rute serat cincang dapat diwujudkan dengan menggunakan printer FDM yang umum tersedia di pasaran dengan nosel khusus. Biayanya lebih rendah tetapi kisaran peningkatannya antara 30 dan 50 persen.

Manifestasi khusus dari anisotropi

Kekuatan dan modulus material komposit yang diperkuat serat karbon pada arah serat jauh melebihi kekuatan dan modulus pada arah non-serat, yang sangat kontras dengan isotropi material logam tradisional. Saat mendesain bagian, perlu untuk menyelaraskan arah serat dengan arah tegangan utama, yang dicapai dengan mengatur sudut susunan serat pada perangkat lunak pengiris. Ketika beban datang dari berbagai arah, perilaku mekanis yang mendekati isotropik dapat dicapai dengan mengganti lapisan serat.

Adaptasi peralatan dan tantangan biaya

Pencetakan serat berkelanjutan memerlukan ekstruder multi-saluran khusus dan mekanisme pemandu serat presisi tinggi. Biaya peralatannya tiga hingga lima kali lipat dari printer FDM biasa. Bahan abrasif serat karbon sangat bersifat abrasif terhadap nozel. Nozel kuningan memiliki masa pakai hanya beberapa jam. Disarankan untuk menggunakan nozel baja keras atau rubi. Pengendalian konsistensi susunan serat dalam produksi massal masih memerlukan siklus verifikasi proses sebagai jaminannya.