Những thách thức và đột phá ứng dụng của vật liệu composite gia cố bằng sợi carbon trong in 3D

Các lộ trình kỹ thuật gia cố sợi carbon

Có ba lộ trình chính cho vật liệu in 3D được gia cố bằng sợi carbon: dây composite sợi liên tục (CF-CRF), dây độn sợi cắt nhỏ và thiêu kết sợi carbon dựa trên kim loại. Trong số đó, công nghệ CF-CRF ép đùn đồng bộ các bó sợi carbon và ma trận nylon hoặc PEEK để tạo thành cấu trúc được gia cố bằng sợi liên tục và các tính chất cơ học có thể được cải thiện từ hai đến ba lần. Tuyến sợi được cắt nhỏ có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy in FDM thông thường trên thị trường với đầu phun đặc biệt. Chi phí thấp hơn nhưng phạm vi nâng cao là từ 30 đến 50 phần trăm.

Biểu hiện đặc biệt của tính dị hướng

Độ bền và mô đun của vật liệu composite được gia cố bằng sợi carbon theo hướng sợi vượt xa so với hướng không phải sợi, điều này trái ngược hoàn toàn với tính đẳng hướng của vật liệu kim loại truyền thống. Khi thiết kế các bộ phận, cần căn chỉnh hướng sợi với hướng ứng suất chính, điều này đạt được bằng cách thiết lập góc sắp xếp sợi trong phần mềm cắt lát. Khi tải đến từ nhiều hướng, có thể đạt được trạng thái cơ học gần như đẳng hướng bằng cách xen kẽ các lớp sợi.

Thách thức về điều chỉnh thiết bị và chi phí

In sợi liên tục đòi hỏi máy đùn đa kênh chuyên dụng và cơ chế dẫn sợi có độ chính xác cao. Chi phí thiết bị gấp ba đến năm lần so với máy in FDM thông thường. Chất mài mòn sợi carbon cực kỳ mài mòn đối với vòi phun. Vòi phun bằng đồng có tuổi thọ chỉ vài giờ. Nên sử dụng vòi phun bằng thép cứng hoặc hồng ngọc. Việc kiểm soát tính nhất quán trong cách sắp xếp sợi trong sản xuất hàng loạt vẫn yêu cầu chu trình xác minh quy trình như một sự đảm bảo.