Проблемы применения и прорывы композитных материалов, армированных углеродным волокном, в 3D-печати

Технические пути армирования углеродным волокном

Существует три основных пути создания материалов для 3D-печати, армированных углеродным волокном: композитная проволока с непрерывным волокном (CF-CRF), присадочная проволока из рубленого волокна и спекание углеродного волокна на металлической основе. Среди них технология CF-CRF синхронно экструдирует пучки углеродного волокна и матрицу из нейлона или PEEK с образованием непрерывной армированной волокнами структуры, при этом механические свойства могут быть улучшены в два-три раза. Маршрут рубленого волокна можно реализовать с помощью обычного FDM-принтера, представленного на рынке, со специальной насадкой. Стоимость ниже, но диапазон улучшения составляет от 30 до 50 процентов.

Особые проявления анизотропии

Прочность и модуль упругости композиционных материалов, армированных углеродным волокном, в волокнистом направлении значительно превышают таковые в неволокнистом направлении, что резко контрастирует с изотропией традиционных металлических материалов. При проектировании деталей необходимо совместить направление волокон с направлением основного напряжения. Это достигается путем установки угла расположения волокон в программном обеспечении для нарезки. Когда нагрузки приходят с нескольких направлений, можно добиться примерно изотропного механического поведения за счет чередования слоев волокон.

Адаптация оборудования и проблемы стоимости

Для печати непрерывным волокном требуется специальный многоканальный экструдер и высокоточный механизм направления волокна. Стоимость оборудования в три-пять раз превышает стоимость обычных FDM-принтеров. Абразивы из углеродного волокна чрезвычайно абразивны для сопел. Латунные форсунки имеют срок службы всего несколько часов. Рекомендуется использовать насадки из закаленной стали или рубина. Контроль последовательности расположения волокон в массовом производстве по-прежнему требует цикла проверки процесса в качестве гарантии.