3D Druck von kontinuierlichen kohlenstofffaserverstärkten Formgedächtnispolymer-Verbundwerkstoffen

Die Forscher haben die Vorteile von Formgedächtnispolymeren (SMPs) durch den Zusatz von Rohstoffen in Form von kontinuierlichen Kohlenstofffasern (CCF) weiter untersucht. Die Autoren Xinxin Shen, Baoxian Jia, Hanxing Zhao, Xing Yang und Zhengxian Liu haben in der kürzlich veröffentlichten Studie “Study on 3D printing process of continuous carbon fiber reinforced shape memory polymer composites” die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffproben sowie die Leistung untersucht.

SMPs sind heutzutage ein „Hotspot in der akademischen Forschung“, da Wissenschaftler eine wachsende Faszination für Materialien annehmen, die sich verformen und in ihren natürlichen Zustand zurückkehren können, wie dies von den Benutzern gefordert wird. Das Raffinieren von SMPs wird auch fortgesetzt, insbesondere mit Materialien wie Carbonfasern, um die Herausforderungen hinsichtlich Festigkeit und Steifheit zu überwinden. Während sich Endlosfasern effektiver als Kurzfasern erwiesen haben, weisen die Autoren darauf hin, dass Umformprozesse komplex sind und bessere Wege zur Herstellung von endlos kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen erforderlich sind.

In dieser Arbeit wurden Formgedächtnispolymer (SMP) und kontinuierliche Kohlenstofffasern (CCF) als Rohmaterialien zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mittels 3D-Druck auf der Basis von FDM verwendet. Das orthogonale Experiment untersuchte systematisch verschiedene Prozessparameter, um die optimale Prozesskombination zu ermitteln, bei der Grenzflächen und mechanische Eigenschaften gedruckter Verbundwerkstoffproben als Forschungsziele behandelt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die mechanischen Eigenschaften bevorzugt waren, wenn die Drucktemperatur 200 °C betrug, die Druckgeschwindigkeit 4,5 mm/s betrug, der Abtastabstand 1,1 mm betrug und die Lagenstapelsequenz 0 ° betrug. Darüber hinaus hatte der Fasergehalt einen geringen Einfluss auf die Formgedächtnisleistung der Polymermatrix. Die schnelle Herstellung von Formgedächtnis-Kohlefaserverbundwerkstoffen hat eine potenzielle Verwendung im Bereich der Luft- und Raumfahrt.