Naukowcy z AFRL z powodzeniem drukują w wysokiej temperaturze, polimerowe elementy kompozytowe wzmacniane włóknem węglowym

Znajduje się w bazie sił powietrznych Wright-Patterson (WPAFB) w pobliżu Dayton w stanie Ohio, naukowcy z AFRL przynoszą ciepło do kuchni i mają z powodzeniem wydrukowane elementy polimerowe z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym zdolne do najwyższej temperatury do tej pory - efektywnie przygotowanie do osiągnięcia następnej generacji, opłacalnych potrzeb produkcyjnych Sił Powietrznych.

Dr. Hilmar Koerner, naukowiec z zespołu materiałów kompozytowych i zespołu badawczego Polymer Matrix oraz siły stojące za tym odkryciem, powiedział: "Jest to przełomowy przełom w produkcji dodatków do materiałów kompozytowych. Te wydrukowane części trójwymiarowe są odporne na temperatury przekraczające 300 stopni Celsjusza, co czyni je potencjalnie przydatnymi w przypadku części zamiennych do silników turbinowych lub w gorących obszarach wokół wylotu silnika. "

Naukowcy pracujący nad rozwojem aplikacji nowej generacji z 3D Drukowanie dla USAF ma wiele zastosowań dla kompozytów z matrycą polimerową, ponieważ są lekkie i wytrzymują w ekstremalnych warunkach w środowiskach o wysokiej temperaturze - dwie bardzo ważne cechy, jeśli chodzi o drukowanie 3D części do silników lotniczych. Materiały te mogą również pomóc w zmniejszeniu zużycia paliwa przy jednoczesnym zwiększeniu zasięgu samolotu, co również może obniżyć długoterminowe koszty eksploatacji.

Najnowocześniejszy materiał składa się z żywicy termoutwardzalnej o wysokiej temperaturze, która jest podawany z włóknami węglowymi. Większość kompozytów polimerowych jest wykonana z włókna, takiego jak szkło, osadzonego w matrycy lub żywicy wykonanej z żywicy epoksydowej lub podobnego materiału. Otrzymany materiał jest mocniejszy, ponieważ osadzone włókna faktycznie wzmacniają samą matrycę.

Wykorzystanie technologii selektywnego spiekania laserowego (SLS) do eksperymentowania z wysokotemperaturowymi żywicami polimerowymi, Dr. Koerner i reszta zespół badawczy odkrył, że podczas gdy potrafią drukować 3D z powodzeniem, materiał rozpłynie się w bezużytecznej kałuży po usunięciu kawałków ze złoża proszku do późniejszego przetwarzania.

Dr. Koerner wpadł na pomysł wykorzystania włókna węglowego jako wypełniacza w materiale żywicy, aby umożliwić lepszy transfer energii z lasera do matrycy. Włókno węglowe powoduje, że laser szybciej nagrzewa materiał, ponieważ pochłania on energię i przewodzi ciepło szybciej niż puszka polimerowa. Umożliwia to lepsze splątanie cząsteczek i kształtowanie ich pod wpływem ciepła lasera, bez późniejszego topnienia.

Po zastosowaniu wzmocnienia z włókna węglowegonaukowcom udało się z powodzeniem drukować w 3D wysokotemperaturowe próbki kompozytów polimerowych w wielu konfiguracjach, takich jak testowe kupony i klamry, zgodnie z tym, co uważają, jak pisze AFRL, za "najwyższą możliwą temperaturę, polimerowe części kompozytowe wytwarzane w wyniku dodatkowej produkcji do dziś. "

" Materiały wysokotemperaturowe są bardzo trudne i kosztowne w przetwarzaniu, nawet przy użyciu konwencjonalnych technik wytwarzania. Ponieważ zwykle są stosowane w konkretnych zastosowaniach wojskowych, nie ma dużej bazy dostawców dla tego rodzaju materiałów. Ten przełom pozwoli nam na dodatkowe wytwarzanie wysokotemperaturowych, kompozytowych części w opłacalny sposób. Co więcej, wysokotemperaturowe części kompozytowe polimerowe, które są małe i mają skomplikowane cechy, będą niezwykle korzystne i korzystne nie tylko dla Sił Powietrznych, ale mogą stać się przełomem w całej branży ", powiedział dr Jeffery Baur, główny materiał inżynier w AFRL.

"Jest to wysoka, wartość dodana dla Sił Powietrznych. Jesteśmy podekscytowani tym przełomem i czekamy na efekty w przyszłości. "

Patrząc w przyszłość, zespół badawczy planuje wykazać zdolność swojego nowego materiału do drukowania większych części 3D, które mogłyby powodują znaczne oszczędności kosztów dla USAF. Według wstępnych danych testowych, materiał będzie w stanie utrzymać się w bardzo wysokich temperaturach, ale aby użyć go na platformach Air Force, wymagane są dalsze kwalifikacje i testy.