Áp dụng gia cố sợi carbon liên tục
Nguyên tắc sử dụng cốt thép sợi trong vật liệu composite là các sợi gia cố thường có khả năng chống hao mòn, mạnh hơn và có tính chất cơ học tốt hơn vật liệu ma trận. Khi vật liệu tổng hợp bị tổn thương uốn hoặc cắt, các sợi gia cố được rút ra khỏi ma trận và hấp thụ năng lượng từ các tải trọng được áp dụng. Trong một phạm vi chiều dài nhất định, các sợi dài hơn hấp thụ nhiều năng lượng hơn trong quá trình kéo ra, tăng cường độ của hỗn hợp. Đối với các vật liệu tổng hợp có cùng hàm lượng thể tích, các sợi riêng lẻ dài hơn có nghĩa là ít sợi hơn, giảm nồng độ ứng suất và cải thiện hiệu suất tổng thể. Ngoài ra, các sợi carbon liên tục, dài hơn cung cấp bôi trơn tốt hơn, giảm ma sát và hao mòn, và giảm sự hình thành các mảnh vụn mài mòn.
Do các hạn chế của dụng cụ, các thành phần nhựa nhiệt dẻo gia cố bằng sợi carbon phức tạp (CFRTP) thường được nối thành nhiều mảnh, làm cho các khớp trở thành điểm yếu nhất. Chất lượng của các khớp ảnh hưởng trực tiếp đến sức mạnh mệt mỏi và tuổi thọ dịch vụ của các thành phần CFRTP. Các phương pháp tham gia chung bao gồm nối cơ học, xi măng và hàn. Hàn, sử dụng các đặc tính nóng chảy thứ cấp của nhựa nhiệt dẻo, cung cấp sức mạnh khớp và khả năng thích ứng môi trường tốt hơn so với liên kết dính và tránh nồng độ ứng suất từ các khớp cơ học. Hàn cũng nhanh hơn và dễ dàng hơn để tự động hóa.
Hàn laser, phương pháp không tiếp xúc, cung cấp tốc độ cao, cường độ cao, ứng suất rung thấp và sự phù hợp cho các cấu trúc phức tạp, cho thấy triển vọng tốt cho hàn CFRTP. Nghiên cứu gần đây đã khám phá công nghệ hàn thâm nhập laser và tham gia trực tiếp laser. Hàn thâm nhập bằng laser có thể tham gia các loại nhựa trong suốt, CFRTP, nhựa mờ và vật liệu kim loại. Viện Vật liệu Ningbo, Học viện Khoa học Trung Quốc, đã sử dụng công nghệ tham gia trực tiếp laser để tham gia CFRTP với hợp kim bằng thép không gỉ và nhôm, và thấy rằng cường độ chung vượt quá ma trận nhựa, mặc dù chất lượng chung cần cải thiện.
Nghiên cứu in 3D hiện tại về vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo gia cố bằng sợi carbon chủ yếu tập trung vào các sợi carbon ngắn, với nghiên cứu hạn chế về sợi carbon liên tục và độ bám dính xen kẽ yếu, ảnh hưởng đến hiệu suất uốn.
Không giống như công nghệ FDM truyền thống, một thiết kế đầu in mới sử dụng axit polylactic (PLA) làm ma trận nhiệt dẻo và sợi carbon liên tục làm cốt thép. Đầu in bao gồm một động cơ đùn, khối nóng, ống sợi carbon và vòi phun. Trong quá trình in, vật liệu nhiệt dẻo tan chảy và sợi carbon hợp nhất với vật liệu nóng chảy, được đẩy bởi động cơ đùn và đùn ra từ vòi phun. Quá trình này cho phép in 3D các vật liệu tổng hợp nhiệt dẻo cốt sợi carbon liên tục.
