구조상 성분을 위한 3d 인쇄에 있는 지속적인 섬유 보강의 충격

구조상 성분을 위한 3D 인쇄에 있는 지속적인 섬유 보강의 충격

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연속 섬유 강화는 무엇입니까?

연속 섬유 보강 (CFR)은 끝없는 필라멘트가 인쇄 과정에서 열가소성 필라멘트를 따라 열가소성 필라멘트를 따라하는 기술입니다. 밀 섬유가 중합체로 혼합 된 짧은 섬유 복합물과 달리 연속 섬유는 전체 길이 또는 둘레를 실행합니다. 이 깨지지 않는 오리엔테이션은 섬유가 부하의 대다수를 수행 할 수 있으며 극적으로 인장 강도, 뻣뻣함 및 충격 저항을 증가시킵니다. 가장 일반적인 섬유는 섬유를 사용하며, 각 섬유는 Kevaram, 탄소 섬유 (Kev), Kevaram, 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (Kev), 탄소 섬유 (

탄소 섬유:고강도와 강도 중량 비율; 항공 우주 및 성능 자동차 부품에 사용.
Glass 섬유: 저가와 좋은 뻣뻣함; 산업 장식새김 및 바다 신청에서 일반적인.
Aramid (Kevlar): 우수한 인성 및 진동 감쇠; 동적 부하 또는 마포에 부품 주제에 이상적입니다.

복합 재료는 일반적으로 이중 압출 시스템을 사용하여 인쇄됩니다. 한 노즐은 열가소성 (예 : 나일론, 폴리 카보네이트 또는 PEKK)를 매트릭스로 증착하고, 두 번째 노즐은 연속 섬유 물가를 배치합니다. 섬유는 매트릭스 재료로 완성되어 접합을 보장하고 부품은 층을 내장합니다. 이 과정은 자동화되어 폐없는 전통적인 복합 선반과 다릅니다. 내부 격자 구조를 생산할 수 있으며 기계 또는 곰팡이가 불가능할 수 있습니다.

전통적인 3D 인쇄 및 전통적인 제조에 중요한 이점

3D 프린팅의 CFR의 채택은 구조적 응용 분야에 매우 매력적인 몇 가지 결정적인 이점을 제공합니다.

1. 우량한 기계적인 힘

연속 섬유는 인장 강도에서 실질적으로 증가를 제공합니다. 3 ~ 10 배 이상의 강화 열가소성. 예를 들어, 연속 탄소 섬유 나일론 복합은 일부 알루미늄 합금에 비교할 수 700 MPa를 초과하는 인장 강도를 달성 할 수 있습니다. 이것은 단지 프로토 타입보다 기능적 인 엔드 사용 부품의 생산을 가능하게합니다.

2. 고강도에 무게 비율

섬유는 필요한 곳에 배치하기 때문에 (섬유 경로 최적화 또는 “연속 섬유 조타”라고 불리는 과정), CFR 부품은 최소 재료와 뛰어난 경화성을 달성 할 수 있습니다. 이 결과 가공 알루미늄, 항공 우주, 무인 항공기 및 로봇에 대한 중요한 30-60%의 중량 절감에 대한 결과.

3. 개량된 내구성 및 피로 저항

연속 섬유는 단락 전파 전파를 훨씬 더 잘 견딜 수 있습니다. 순환 하중 테스트에서 CFR 부품은 더 긴 피로 생활을 전시하고, 반복 된 스트레스를 겪는 하중 베어링 브래킷, 팔 및 섀시에 적합합니다.

4. 디자인 융통성 및 부분 통합

CFR를 가진 3D 인쇄는 엔지니어가 복잡한 geometries-hollow 핵심, 내부 늑골, 금속 제작에 있는 다수 부속을 요구하는 변하기 쉬운 벽 간격을 창조하는 것을 허용합니다. 이것은 집합 시간 및 잠재적인 실패 점을 감소시킵니다.

5. 감소된 포스트-Processing

압축 성형 또는 손 layup과는 달리, CFR 3D 인쇄는 최소 끝마무리를 요구하는 그물 모양 부속을 일으킵니다. 이 짧은 리드타임은 낮은 볼륨 생산을 위한 일에서 일까지 시간을 지도합니다.

구조 부품의 응용

연속 섬유 보강은 이미 힘과 낮은 무게를 모두 요구하는 산업 전반에 걸쳐 배포되고 있습니다. 몇 가지 대표 영역은 다음과 같습니다.

항공 및 방위

항공기 내부, 비 크리티컬 구조 브래킷, 그리고 드론 공 구조는 자연적 적합. Markforged] 및 ]Continuous Composites]와 같은 회사는 FAA 가연성 표준을 준수하는 비행 보행 부품 생산 프린터를 개발했다. 예를 들어, 위성 브래킷 및 무인 항공기 차량 (UAV)은 높은 프레임과 높은 프레임을 얻을 수 있습니다.

자동차 및 모터 스포츠

모터 스포츠에서, 무게 감소는 기하학입니다. 지속적인 섬유 인쇄는 중단 성분, 입구 덕트 및 구조상 끈을 일으키기 위하여 이용됩니다. 기술은 또한 전기 차량 (EVs)와 슈퍼카를 위한 주문 부속의 저하 생산을 지원합니다. 비싼 장식새김 없이 그것에게 빨리 그것에게 대량 생산의 앞에 시제품 테스트를 위해 이상적 만듭니다.

로봇 및 산업 자동화

로봇 팔과 그리퍼는 빠른 주기 시간 및 정밀도를 달성하기 위하여 뻣뻣함 및 경량의 조합을 요구합니다. CFR 3D 인쇄는 디자이너가 짐 벡터로 정렬하는 섬유 경로에, 작은 배치에서 생성하는 더 싼 동안 outperforms 알루미늄 버전을 창조하는 끝 팔 장식새김을 삽입하는 것을 허용합니다.

건설 및 인프라

연속 섬유 보강을 사용하는 대형 3D 프린터는 강화 콘크리트 formwork, 임시 구조 및 조립식 건물 구성 요소를 만들기 위해 신흥됩니다. 주목할만한 예는 ]Branch Technology]이며, 복합 재료로 자유화 인쇄를 사용하여 강하고 시각적으로 눈에 띄는 건축 요소를 만듭니다.

의료 및 Prosthetics

사용자 정의 prosthetic 소켓 및 정형기는 강한 아직 경량이어야한다. 연속 섬유 보강은 잔여 편안하면서 상당한 부하를 견딜 수있는 환자 별 장치의 생산을 가능하게한다. 특정 지역에서 뻣뻣함을 조정하는 능력은 적합하고 기능을 향상시킵니다.

광고 옵션의 도전

명확한 이점에도 불구하고, CFR 3D 인쇄의 광대한 채택은 몇몇 장애물을 직면합니다:

인쇄 비용 및 가용성: 산업 CFR 프린터 (예: Markforged X7 또는 Anisoprint Composer)는 작은 상점에 대한 액세스를 제한하는 $50,000을 $50,000을 비용 할 수 있습니다.
재료 비용: 탄소 섬유 및 고온 열가소성은 연속 섬유 스풀에 대한 $300/kg까지 비싸다.
공정한 제한: 섬유 배치는 증착 전용 인쇄에 비해 느릴 수 있습니다. 오버행과 날카로운 구석은 섬유 여정을 비교하는 지원 구조를 필요로 할 수 있습니다.
품질 보증: 부분 내부의 비극 또는 섬유 미분을 검출하는 것은 고급 비파괴 검사 (예를들면 초음파 또는 CT 스캐닝), 비용을 추가해야합니다.
기존 시스템의 호환성: 많은 사용자는 방향 의존하고 전문화한 접합 소프트웨어를 요구하는 anisotropic 물자 재산을 취급하기 위하여 디자인 워크플로우를 적응해야 합니다.

미래 전망과 Ongoing 연구

이 분야는 빠르게 발전하고 있습니다. 연구자들은 여러 번의 유망한 방향을 탐구하고 있습니다.

In-Situ 통합 및 온라인 모니터링

섬유 배치 도중 열과 압력을 적용하는 새로운 인쇄 머리는 interlayer 접착을 개량하고 void 내용을 감소시킵니다. 인라인 감지기와 닫히 반복 통제로 결합해, 이 체계는 그들이 생기고 스크랩을 감소시키기에 있는 모수를 조정하기 때문에 결점을 검출할 수 있습니다.

멀티 자료 및 하이브리드 인쇄

미래 프린터는 금속 또는 세라믹 필라멘트를 가진 연속 섬유를 결합하여 거친 중합체 핵심에서 단단한 세라믹 포탄에 등급을 매기는 것을 가능하게 합니다. 이것은 tailored 열 전기 재산을 가진 부속을 일으킬 수 있었습니다.

재활용 및 바이오 기반 섬유

지속 가능성 개선하기 위해, Oxford University]과 같은 기관의 연구자들은 바이오 분해성 폴리머 매트릭스와 함께 사용할 수 있는 연속 flax와 헴 섬유를 개발합니다. 이것은 생명의 끝에서 강력하고 compostable 구조적 구성 요소를 허용할 것입니다.

AI-Driven 섬유 경로 최적화

Generative 디자인과 기계 학습 알고리즘은 이제 주어진 로드 케이스에 최적의 섬유 방향을 준수 할 수 있으며, 인간 설계 된 동등보다 훨씬 가벼운 부품을 만드는. Ansys]와 같은 회사는 상업 분석 소프트웨어에 이러한 도구를 통합하고, 광전력 엔지니어에 접근할 수있는 섬유 경로 최적화를 만듭니다.

대형 첨가제 제조

연속 섬유 증착 헤드가 장착 된 로봇 팔 기반 프린터는 이제 길이의 부품 몇 미터를 생산할 수 있습니다. 이 문은 한 조각 보트 선체, 풍력 터빈 블레이드 및 교량 섹션으로 문을 열며, 복합 재료의 무게 절감은 엄청난 프로젝트 비용 절감으로 변환됩니다.

구조상 성분을 위한 3d 인쇄에 있는 지속적인 섬유 보강의 충격

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