Вдосконалення вузла подавання армуючого волокна для 3D‑друку виробів з композиційним армуванням

Анотація

Використання деталей, отриманих методами адитивного виробництва, включно з FDM/FFF 3D-друком, набуває все більшого поширення. В авіаційній та космічній галузі переваги адитивного виробництва полягають у можливості дешевої ітеративної розробки, використання COST-технологій та матеріалів, що дозволяє суттєво зменшити вартість виробів. Так само, FDM/FFF 3D-друк може використовуватися як для виробництва прототипів, для відпрацювання конструкції з наступним використанням інших способів виробництва у кінцевих виробах [1], так і для виробництва фінальних виробів безпосередньо [2].

Популярним і ефективним типом виробництва є 3D-друк з армуванням деталей довгими або неперервними композиційними волокнами. Серед багатьох способів армування, які наведені у [3] та [4], значущими є такі типи, як екструзія товпрегу та подвійна екструзія. Екструзія товпрегу полягає у 3D-друці вже сформованим прутком філаменту, що являє собою джгут армуючого волокна усередині прутка полімеру. Такий тип друку найбільш просто реалізувати, він не потребує окремого додаткового сопла для армуючого матеріалу та може використовувати звичайні сопла та екструдери для FDM/FFF 3D-друку. Але склад, відсоток армуючого волокна фіксований і армування відбувається у всьому об’ємі деталі. Подвійна екструзія дозволяє додавати армування окремо від основного друкувального матеріалу, але потребує додаткового сопла для армуючого матеріалу та механізму переміщення армуючого сопла відносно основного. Ці методи мають високу контрольованість процесу та кінцевих характеристик виробу та матеріалу, бо дозволяють окремо керувати властивостями та режимами 3D-друку як основного матеріалу, так і матеріалу армування. Основні матеріали армування – вуглецеве волокно, скляне волокно та органоволкно, таке як кевлар.

Але більш точний вибір матеріалів та контроль характеристик ускладнений домішками невідомого складу, що додаються до армуючого волокна в процесі його виробництва. Наявність таких домішок ускладнює дослідження впливу матеріалу армування на кінцеві властивості отриманих виробів. Ці домішки збільшують жорсткість армуючого волокна для зменшення його деформації перед викладанням, змінюють параметри його адгезії до основного матеріалу. Використання сирого, непідготовленого волокна може бути ускладнено через проблеми з його подаванням до армуючого пристрою, і у відкритих джерелах відсутні дослідження такої проблематики.