Исследователи изучают 3D-печать для ремонта композитов

10.01.2024 От admin 0

В новой опубликованной статье исследователи из Датского технического университета продемонстрировали два передовых метода ремонта конструкций из композитных материалов с непрерывным волокном (CFC). Основное внимание в исследовании уделялось ремонту образцов термопласта, армированного непрерывным волокном (CFRTP), с использованием методов автоматического ремонта печати на месте и ремонта с использованием клейких заплат.

Преимущества ремонта на месте

Ключевым преимуществом 3D-печати CFRTP для ремонта композитных деталей является возможность выполнения ремонта прямо на месте, без необходимости перемещения. Это не только экономит время и затраты, но и сводит к минимуму сбои в работе. Кроме того, этот метод превосходно подходит для ремонта деталей сложной геометрии и внутренней структуры, обеспечивая возможность адаптации к сложным формам.

Researchers Study 3D Printing for Composite Repair

3D-принтер Anisoprint Composer, аналогичный тому, который использовался в исследовании. (Изображение предоставлено: Анизопринт)

Использование CFC-печати для структурного ремонта приводит к получению механических свойств, очень близких к исходной композитной структуре. Это особенно выгодно при ремонте высокопроизводительных несущих конструкций. Более того, 3D-печать CFC обеспечивает более высокую точность и улучшенный контроль над процессом ремонта, обеспечивая точность и последовательность. </п>

Использование именно того материала, который необходим для ремонта, сокращает отходы материала и представляет собой более экологичное решение. Этот подход представляется экономичным, экономичным и устойчивым методом ремонта конструкций из ХФУ, демонстрирующим улучшенные характеристики и увеличенный срок службы.

<ч2>Методология</ч2> <п>Образцы были напечатаны на машине Anisoprint FDM, которая наносит непрерывное волокно на термопластическую матрицу. Исследование углубилось в механические характеристики отремонтированных образцов посредством тщательного испытания на растяжение, что является решающим аспектом в оценке успеха методов ремонта. </п>

Универсальная испытательная машина Instron облегчила оценку благодаря датчику нагрузки 250 кН, поддерживающему постоянную скорость траверсы 2 мм/мин. Измерения деформации проводились с использованием двух датчиков с одинарным зажимом длиной 6 мм, стратегически расположенных на каждой стороне образца.

В то же время исследования микроструктуры позволили получить ценную информацию о структурных тонкостях композитных образцов, напечатанных на 3D-принтере. Микрофотографии поперечных и боковых сечений выявили микроструктуру слоистого типа, подчеркивающую четкие границы между поликарбонатной матрицей и слоями углеродного волокна.

<х2>Результаты</ч2>

Результаты позволили сделать важные выводы, подтвердив успех предложенных методов ремонта. Как клейкая заплата, так и ремонт на месте печати продемонстрировали способность в высокой степени восстанавливать первоначальную жесткость и прочность поврежденных образцов. </п>

Researchers Study 3D Printing for Composite Repair

Образцы (а) Неповрежденные, (б) Поврежденные, (в) Восстановленные с помощью клейкой заплаты, (г) Восстановленные на месте. (Изображение предоставлено: Рашванд и др.)

Примечательно, что модуль упругости поврежденных образцов значительно улучшился на 30% и 44% за счет наклеивания накладок и ремонта на месте печати соответственно. Соответствующее увеличение прочности было существенным при 20% и 28%.

.

Ударная вязкость, важнейший показатель устойчивости материала, увеличился на 31% и 36% для клейких заплат и печати на месте ремонта поврежденных образцов. </п>

Кроме того, аналитическая модель, разработанная исследователями, смогла предсказать модуль упругости, точно соответствующий экспериментальным измерениям, подтвердив ее надежность как инструмента прогнозирования.

<ч2>Будущие последствия</ч2>

Автоматизированный ремонт печати на месте оказался выдающимся, превосходя ремонт клейкой заплаткой с точки зрения механических характеристик и надежности. Помимо способности восстанавливать первоначальные свойства, автоматизированный метод имеет важное значение для точного прогнозирования оставшегося срока службы отремонтированных композитных конструкций.

Это потенциально может привести к снижению коэффициентов безопасности конструкции и связанных с этим затрат, открывая новые возможности для отраслей, использующих современные композитные материалы.

<стр>Вы можете прочитать полную (предварительную) исследовательскую статью под названием «Ремонт на месте и клеевой ремонт композитов с непрерывным волокном с использованием 3D-печати » в журнале «Аддитивное производство» по этой ссылке.