Aplicació de reforç continu de fibra de carboni
El principi d’utilitzar el reforç de fibra en materials compostos és que les fibres de reforç són generalment més resistents al desgast, més fortes i tenen millors propietats mecàniques que el material de la matriu. Quan els compostos estan sotmesos a danys de doblegament o de cisalla, les fibres de reforç es treuen de la matriu i absorbeixen energia de les càrregues aplicades. Dins d’un rang de longitud determinat, les fibres més llargues absorbeixen més energia durant el tret de sortida, augmentant la força del compost. Per als compostos amb el mateix contingut de volum, les fibres individuals més llargues signifiquen menys fibres, reduint la concentració d’estrès i millorant el rendiment global. A més, les fibres de carboni contínues i més llargues proporcionen una millor lubricació, reduint la fricció i el desgast i disminuint la formació de restes abrasives.
A causa de les limitacions d’eines, els components termoplàstics reforçats amb fibra de carboni complexes (CFRTP) s’uneixen normalment en diverses peces, cosa que fa que les articulacions siguin els punts més febles. La qualitat de les articulacions afecta directament la força de fatiga i la vida útil dels components CFRTP. Els mètodes d’unió habituals inclouen unió mecànica, ciment i soldadura. La soldadura, que utilitza les propietats de fusió secundària de la resina termoplàstica, proporciona una millor força articular i una adaptabilitat ambiental que l’enllaç adhesiu i evita la concentració d’estrès de les articulacions mecàniques. La soldadura també és més ràpida i fàcil d’automatitzar -se.
La soldadura per làser, un mètode sense contacte, ofereix una gran velocitat, una gran resistència, una baixa tensió de vibracions i una idoneïtat per a estructures complexes, que mostren bones perspectives per a la soldadura CFRTP. Investigacions recents han explorat la soldadura de penetració de làser i la tecnologia d’unió directa amb làser. La soldadura de penetració làser pot unir resines transparents, CFRTP, resines opaces i materials metàl·lics. L’Institut Ningbo de Materials, Acadèmia de Ciències de la Xina, va utilitzar la tecnologia d’unió directa amb làser per unir -se a CFRTP amb acer inoxidable i aliatge d’alumini i va trobar que la força conjunta superava la de la matriu de resina, tot i que la qualitat articular necessita una millora.
La investigació d’impressió 3D actual sobre compostos termoplàstics reforçats en fibra de carboni se centra principalment en fibres curtes de carboni, amb una investigació limitada sobre fibres contínues de carboni i una feble adhesió entre els interceleracions, que afecta el rendiment de la flexió.
A diferència de la tecnologia tradicional de FDM, un nou disseny d’impressió utilitza l’àcid polilàctic (PLA) com a matriu termoplàstica i fibres de carboni continu com a reforç. El capçal d'impressió inclou un motor d'extrusió, bloc de calefacció, tubs de fibra de carboni i boquilla. Durant la impressió, el material termoplàstic es fon i les fibres de carboni es fusionen amb el material fos, propulsat pel motor d'extrusió i s'extreu de la boquilla. Aquest procés permet la impressió 3D de compostos termoplàstics reforçats en fibra de carboni contínues.
