Neuartige retroflektierende Fasern mit 3D-Druck

Die Autoren Michael Ghebrebrhan, Gabriel Z. J. Loke und Yoel Fink beschäftigen sich in der Arbeit „Fabrication and measurement of 3D printed retroreflective fibers“ mit der Untersuchung neuartiger Materialien für additive Fertigungsprozesse. Diese neuartige Faser wird Schicht für Schicht aufgebaut, kann aber später als Faser verwendet werden.

Da das thermische Ziehen für die Herstellung komplexer Fasern immer beliebter wird, setzen die Forscher Polymere, Metalle, Elastomere und mehr ein. Für dieses Forschungsprojekt erstellten sie eine 3D-gedruckte Vorform, die das Licht reflektieren soll – oder, wie die Autoren erklären, „der Reflexionswinkel ist das Negative des Einfallswinkels.“ Die Vorform besteht aus Polymer und Metall (Polycarbonat (PC) und Indium), wobei die Faser als das Element fungiert, das Licht retroreflektiert.

Durch additive Fertigung können neue Geometrien für Faservorformlinge hergestellt werden, die mit herkömmlichen subtraktiven Fertigungsmethoden entweder unmöglich oder äußerst schwierig waren. Darüber hinaus ist das thermische Ziehen von Fasern aufgrund neuer Materialien und Faserfunktionen einem explosionsartigen Interesse unterworfen. Die Forscher stellen eine retroreflektierende Faser her, die einen komplexen Querschnitt und eine Materialkombination aufweist, die mit anderen Textilfaserherstellungsverfahren wie Schmelzextrusion nicht erreichbar sind. Dies ist die erste Faser aus dem 3D-Druck, die optische Streuungseigenschaften mit einem nicht kreisförmigen, nicht konvexen Querschnitt aufweist.

Obwohl das Filament Schicht für Schicht aufgebaut ist, ist die Zwischenschicht-Fusion stark genug, um der Zugspannung während des thermischen Streckens zu widerstehen. Die durch benachbarte Filamente während des 3D-Drucks erzeugten Hohlräume schließen sich jedoch nicht vollständig und beeinträchtigen die optische Leistung, indem Streuzentren und Verformungen im Halsabsenkungsbereich erzeugt werden. Diese Lücken können beseitigt werden, indem der Vorformling über der Glasübergangstemperatur des PCs konsolidiert oder die Druckparameter wie Rasterdicke und Füllgrad geändert werden.

Vorformlinge mit komplexem Querschnitt sind mit der additiven Fertigung leicht zu erreichen, und zukünftige Anstrengungen werden die Hinzufügung mehrerer Materialien untersuchen.