Вдосконалення способу армування деталей композиційним волокном при FDM 3D-друку

Анотація

Використання деталей, виготовлених методом FDM 3D-друку, стає все більш популярним у сфері авіакосмічної промисловості. Деталі, виготовлені такими адитивними методами, можуть використовуватися для прототипування, як виробничі інструменти або безпосередньо як кінцевий продукт. Одним із засобів покращення функціональних параметрів деталей є армування деталей композитними волокнами або іншими подібними добавками. Існують деякі популярні та широко поширені типи армування композитними волокнами, що використовуються під час 3D-друку, такі як використання філаменту з наповненням волокнами, використання другої друкарської головки для укладання армуючих волокон там, де це потрібно, або використання друкарської головки для змішування та просочування волокон in-situ. Більшість існуючих методів мають кілька недоліків, таких як нездатність точно та дискретно армувати тільки потрібні області деталей і шарів або нездатність зберігати армуючі волокна неперервними та неушкодженими. Тому метою роботи є розробка нового способу армування деталей неперервним композитним волокном під час процесу FDM 3D-друку. Завдання включають розробку техніки армування та технологічного обладнання для використання на комерційно доступних 3D-принтерах або на тих, що популярні серед аматорів. Робота проводилася з використанням таких матеріалів, як PLA пластик, coPET (PET-G) пластик та базальтове волокно. Під час роботи було розроблено спосіб армування деталей неперервними волокнами. Він передбачає використання зовнішньо покладених волокон, які укладаються між шарами деталей у процесі друку. Волокна укладаються комплектом, зберігаючи інтервали та розташування відповідно до проекту, з відстанями та орієнтацією, підтримуваними технологічним обладнанням, встановленим на 3D-принтері. Після кожного шару волокон він друкується наступним шаром пластику, і після кожного шару волокон комплект волокон повертається на 180 градусів перед друком наступного шару пластику. Волокна не розрізаються, щоб зберегти їх неперервними. Також було розроблено технологічне обладнання, яке встановлюється на друкарський стіл 3D-принтера та полегшує укладання композитних волокон згаданим вище способом.