LLNL開發(fā)出可打印航空級碳纖維復(fù)合材料的3D打印技術(shù)

dy1993   2017-03-02 11:37:25

近日,來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員成功地開發(fā)出了打印航空級碳纖維復(fù)合材料的3D打印技術(shù),這使其成為第一個這樣做的研究實驗室。碳纖維復(fù)合材料開創(chuàng)了創(chuàng)造輕質(zhì)、堅固的鋼部件的可能性,被描述為“最終材料”。

這項研究已于2月28日在自然科學(xué)報告雜志上發(fā)表,介紹了LLNL研究人員如何推進碳纖維復(fù)合材料的微擠出3D打印技術(shù)。該材料在強度、重量和耐溫性方面提供了令人難以置信的性能,但是其難以使用,特別是用于生產(chǎn)復(fù)雜形狀。添加劑制造為這一挑戰(zhàn)提供了解決方案,現(xiàn)在來自LLNL的研究人員說他們已經(jīng)進一步提高了這項技術(shù)。

通常,碳纖維復(fù)合材料通過圍繞心軸纏繞細絲或通過將碳纖維編織在一起而制成。這些方法雖然有效,但傾向于將制成的物體的結(jié)構(gòu)限制為扁平或圓柱形形狀。現(xiàn)在,由Jim Lewicki領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)證明,復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)可以通過增材制造工藝制造。

他們使用的3D打印過程是一種改進型的直接墨水寫入(DIW),也稱為Robocasting。根據(jù)Lewicki聲稱,研究人員開發(fā)了一種新的、專利的化學(xué)品,能夠在幾秒鐘而不是幾小時內(nèi)固化材料。LLNL的高性能計算能力用于準(zhǔn)確預(yù)測碳纖維絲的流動。

正如Lewicki解釋的,“我們通過計算模型模擬如何克服堵塞,這在很大程度上是成功的?!盠LNL使用的計算模型包括模擬數(shù)千碳纖維流經(jīng)3D打印機的噴嘴,允許研究人員在實際處理過程中確定如何最佳地排列纖維。

流體分析師Yuliya Kanarska解釋說:“我們開發(fā)了一種數(shù)字代碼來模擬具有碳纖維分散體的非牛頓液體聚合物樹脂;通過這個代碼,我們可以模擬不同印刷條件下3D中的纖維取向的演變。我們能夠找到最佳的纖維長度和最佳的性能,但它仍然是一個進展中的工作,目前,我們需要尋求突破的是通過施加磁力來實現(xiàn)更好的纖維對齊,以穩(wěn)定它們?!?/span>

由研究人員開發(fā)的新的3D打印和模擬過程將允許使用碳纖維復(fù)合材料準(zhǔn)確地生產(chǎn)更復(fù)雜的部件。根據(jù)LLNL團隊稱,這包括對3D打印部件的介觀結(jié)構(gòu)的更多控制。最終,能夠使用導(dǎo)電碳纖維材料3D打印諸如高性能飛機機翼、在一側(cè)絕緣的衛(wèi)星組件(不需要旋轉(zhuǎn))和絕緣可穿戴設(shè)備等部件。

此外,新的3D打印技術(shù)最令人興奮的前景之一是,它可以允許所有的碳纖維在3D打印部件過程中朝向相同的方向,與具有隨機的碳纖維部件相比,提供甚至更高的性能對準(zhǔn)。對齊纖維的優(yōu)點之一是保持部件強度性能。

目前,LLNL研究人員正在努力改進和優(yōu)化其創(chuàng)新過程。據(jù)報道,研究小組已經(jīng)與航空航天和國防達成合作伙伴關(guān)系,進一步推進他們的碳纖維3D打印技術(shù)。

0

640 0

發(fā)表評論

登陸后參與評論