Yhdysvaltain armeija kehittää menetelmän korkean lämpötilan kestävien polymeerien 3D-painatukseen

Viime aikoina Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuslaboratorio on yhteistyössä NASAn Glenn Research Centerin ja Louisville-yliopiston kanssa kehittänyt menetelmän korkean lämpötilan kestävien polymeerien 3D-painatukselle. Tutkijat käyttivät korkean lämpötilan kuumakovettuvia hartseja, jotka oli kyllästetty hiilikuiturakenteilla ja valikoivilla laserintasoprosesseilla onnistuneesti tulostamalla korkean lämpötilan kestäviä polymeeripohjaisia komposiittiosia, jotka kestävät yli 300 ° C: n lämpötiloja. Niiden odotetaan tulevan tulevaisuudessa korkeisiin lämpötiloihin turbiinimoottorin varaosien tai moottorin pakokaasujen ympärillä. alueella.

Polymeeripohjaisten komposiittien kevytrakenteiset ominaisuudet ja niiden kestokyky korkeissa lämpötiloissa voivat auttaa lisäämään lentokoneiden valikoimaa vähentäen samalla polttoaineen kulutusta ja käyttökustannuksia, mikä tekee siitä houkuttelevan Air Force seuraavan sukupolven laitteiden sovelluksille. Tämä häiritsevä löytö loi perustan Air Force seuraavan sukupolven ja kustannustehokkaiden tuotantotarpeiden tyydyttämiseksi.

Yleensä polymeeripohjaiset komposiitit sisältävät kuituja, kuten lasikuituja epoksi- tai muihin matriisimateriaaleihin. Sulautetut kuidut vahvistavat matriisia ja tekevät materiaalista vankemman.

Polymeerisen 3D-tulostuksen prosessissa, jossa käytetään laserisynterointimenetelmää, korkean lämpötilan laservalo kulkee polymeerijauheen läpi tietokoneen esisuunnatun muodon muodostamiseksi. Laserialusta käytetään sitten uuden jauhekerroksen muodostamiseksi ja tämä prosessi toistetaan useita kertoja, kunnes 3D-osa on valmis.

Korkean lämpötilan polymeerihartseja testattaessa tiimi totesi, että lisäaineiden valmistustekniikoissa painettiin hyvin polymeerijauheita, mutta kun ne poistivat osia jauhepaperista jälkikäsittelyä varten, materiaalit sulivat ja niitä ei voitu käyttää.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi ja paremmin, jotta molekyylit voidaan kääriä ja muotoilla laserin lämmön alla, tutkijat lisäsivät hiilikuitutäytteitä hartsimateriaaliin, jotta laserenergia siirtyisi tehokkaammin alustalle. Imeyttämällä laserin energiaa ja johtaen lämpöä, hiilikuitu aiheuttaa laser kuumentaa materiaalia paljon nopeammin kuin käyttämällä vain polymeeriä.

Tutkijat sanovat, että korkean lämpötilan materiaalien käsittely on erittäin vaikeaa ja kallista, ja tätä ainetta käytetään yleensä sotilaskohtaisiin tarkoituksiin ja sen toimittajilla on vähemmän resursseja. Tämä läpimurto mahdollistaa Yhdysvaltain ilmavoimien valmistaa korkean lämpötilan komposiittiosat kustannustehokkaammalla tavalla. Lisäksi korkean lämpötilan polymeerikomposiittiosille on ominaista pienikokoiset ja monitoimiset toiminnot. Viimeisimmät tutkimustulokset tuovat mukanaan suurta hyötyä ilmavoimille, mutta ne voivat myös tuoda häiritseviä vaikutuksia koko toimialalle.

Alustavat testaustulokset osoittavat, että tämä uusi materiaali kestää korkeita lämpötiloja, mutta materiaalin lisätestausta ja tarkistamista tarvitaan ennen kuin se todellisuudessa käytetään ilmavoimien alustalle.