Ученые рассматривают достоинства полимеров с памятью формы (SMPs) с применением беспрерывного углеродного волокна (CCF). Ученые Xinxin Shen, Baoxian Jia, Hanxing Zhao, Xing Yang и Zhengxian Liu изучили механические свойства в композитных образцах, а также их характеристики. В общих чертах подробности об этом опубликованы в недавно вышедшем «Исследовании процесса 3D-печати непрерывных углеродных композитных волокнистых полимеров с памятью формы».

SMPs сегодня являются объектом бурного обсуждения, поскольку ученые все больше интересуются материалами, которые могут менять форму и возвращаться в прежний вид, в зависимости от требований пользователя. Кроме того продолжается исследования по изготовлению SMP, с применением углеволокна, для преодоления ограничений, связанных с прочностью и жесткостью. Хотя было доказано, что непрерывные волокна более эффективны, чем короткие, исследователи отмечают, что процессы формования являются сложными, и для создания непрерывных композитов, армированных углеродными волокнами, требуются более совершенные методы. Они считают, что FDM 3D-печать станет отличным решением:

«Композитный 3D-принтер сделан из подвижных деталей позиционирования, печатающего сопла и системы управления», — рассказали ученые. «Сравнивая его с аналогичными образцами, сопло нашего устройства может подавать материал из двух трубок и выделять его из одного отверстия».

4D-печать в Китае: Фотополимеры с эффектом памяти формы и беспрерывное углеродное волокно

«Кроме того, механизм подачи волокна был разработан для его непрерывной подачи с подходящей скоростью, путем регулирования скорости вращения шагового двигателя, во избежание поломок волокна во время печати».

4D-печать в Китае: Фотополимеры с эффектом памяти формы и беспрерывное углеродное волокно

При применении прямоугольного дизайна конструкторы рассматривали следующие параметры:

  • Температура печати
  • Скорость печати
  • Шаг сканирования
  • Угол сгиба
4D-печать в Китае: Фотополимеры с эффектом памяти формы и беспрерывное углеродное волокно

Исследуя вопросы, связанные с механическими свойствами, исследователи обнаружили, что ключевым фактором является угол наклона углеродных связей. Поскольку они изменяли углы наслоения, происходило изменение прочности в различных плоскостях при продольном натяжении волокон на 0 градусов, однако при 90 градусах оно было перпендикулярным, вскрывая потенциальные проблемы со сцеплением.

Исследование также показало, что механические свойства были оптимальны при температуре около 200 ℃, а повышенная скорость печати влияла на «пропитку» волокон и смолы. Ученые также отметили незначительное влияние на SMPs при изменениях в составе волокон.

4D-печать в Китае: Фотополимеры с эффектом памяти формы и беспрерывное углеродное волокно

«Масштабное изготовление композитов из упругого углеволокна имеет потенциал для космических кораблей и авиации», — заключили исследователи.

В то время как исследователям, инженерам и дизайнерам по всему миру, возможно, еще не удалось раскрыть весь потенциал 3D-печати, многие из них переходят к следующему уровню с материалами, способными приспосабливаться под ситуацию, от мягких приводов до 4D-печати с использованием композитов из дерева и новейших метаматериалов.

Другие интересные статьи