3Dプリントされた連続炭素繊維強化熱可塑性複合材料の繊維の転位と破壊

近年、連続炭素繊維強化複合材料は、高い比強度や高い比剛性などの優れた機械的特性により、航空機の胴体やその他のハイエンド工業製品にますます使用されています。 複雑な形状の複合部品の場合、FDMプロセスの性能要件に従ってファイバーを敷設できます。 ただし、FDM印刷プロセス中に、面外のしわ、水ぶくれ、引き上げ、せん断効果など、ファイバーを引っ張るノズルの回転プロセス中にいくつかの欠陥が発生する場合があります。 これは、部品の機械的特性にさらに影響します。

この問題に対応して、英国のエジンバラ大学のHaoqi Zhangらは、連続炭素繊維強化複合材料のシングルストライプを印刷することにより、FDM印刷プロセス中の繊維のミスアライメントと1K連続炭素繊維フィラメントの破損の形成プロセスを研究しました。コーナーと曲率が異なります。欠陥の形成プロセスを分析しました。

異なる操舵角の複合材料のシングルストライプ印刷効果を図1に示します。操舵角が30°の場合、複合材料のフィラメントは平らになり、ほとんどの連続繊維の実際の操舵角は同じです。操舵角が60°に増加すると、繊維束が折りたたまれ始め、連続した繊維の一部が外周から内周に回転します。印刷の回転角度が120°まで増加し続けると、印刷フィラメントの分岐点に明らかな折り目が見られ、回転コーナーでのフィラメントの平均幅が減少し、繊維のない領域が大きくなります。回転角度が150°と180°の場合、繊維がひどくねじれてずれており、繊維の破損が見られました。したがって、実際の印刷では、ステアリング角度が120°を超える印刷パスの使用はできるだけ避けてください。


https://www.htrlaser.com/product-p2761819.html
FDMプロセスで印刷された異なる回転角の炭素繊維フィラメント（a）30°（b）60°（c）90°（d）120°（e）150°（f）180°

曲率半径の異なる複合材料のシングルストライプ印刷効果を図2に示します。曲率半径が20mmのシングルストライプの場合、明らかな表面欠陥は観察されず、シングルストライプの幅はほぼ同じです。印刷方向。直径10mmの場合、フィラメントの内周の繊維がねじれてしわが寄ります。 5mmに達すると、この2種類の欠陥の頻度が高くなります。曲率半径2.5mmの場合、設計した経路で一本のストライプを印刷することは困難であり、内周と外周が完全に変形する繊維の折り畳み現象が見られます。また、曲率半径が5mmと2.5mmの場合、少量のファイバが断線します。したがって、実際の印刷プロセスでは、曲率半径が5mm未満の印刷パスの使用はできるだけ避けてください。
100mw高出力レーザー