Forscher stellen kapillargetriebene Methode für den Endlosfaser-3D-Druck vor

„Wir nennen das 3D-Druck in einem Schritt“, sagt Dr. Kun Fu, Assistenzprofessor an der University of Delaware und Autor der Studie. Das System wird als lokalisiertes In-Plane Thermal Assisted (LITA) 3D-Druckverfahren bezeichnet und besteht aus einem All-in-One-Druckkopf, der auf einem Roboterarm montiert ist, der von einer Spule ausgegebene Kohlefasern, eine Führungsstange, eine Flüssigharzdüse und eine elektrische Heizung. Beim Aufbringen der Faser auf die Oberfläche des Teils wird flüssiges Harz auf die Fasern gesprüht und direkt gefolgt von der Heizung, die, erklärt Fu, sowohl beim Aufgießen als auch beim Aushärten des Teils hilft. Fu fügt hinzu, dass der Erhitzungsprozess die Viskosität des Harzes bei Raumtemperatur verringert, wodurch es in die Fasern eindringt, ohne dass ein Vakuum entlang von Kapillaren oder röhrenförmigen Lücken zwischen den Fasern erforderlich ist. Je nach Bedarf und Größe des herzustellenden Teils, sagt Fu, kann die Temperatur der Heizung erhöht oder gesenkt werden, um die Viskosität des Harzes zu kontrollieren.

Dieses Verfahren ermöglicht Berichten zufolge das nahezu gleichzeitige Benetzen und Aushärten von Endlosfasern mit Duroplasten, mit dem Potenzial, schnell 3D-Verbundbauteile mit komplexen Geometrien und den hohen mechanischen Eigenschaften herzustellen, die von Endlosfasern und Hochtemperatur-Duroplasten stammen. Die Forscher haben auch gezeigt, dass das System für horizontalen und vertikalen Druck verwendet werden kann, sagt Fu, und auf ebenen oder gekrümmten Oberflächen, was die Flexibilität des Systems erhöht.

„Die Technik war bisher sehr vielversprechend“, sagt Fu, „und soweit wir wissen, sind wir die ersten, die eine solche Technik veröffentlichen.“ Laut Fu sind die Forscher dabei, ein Patent für die Technologie zu erhalten.

Darüber hinaus haben die University of Delaware und ihr Partner KAI (Dallas, Texas, USA) kürzlich ein NASA-Stipendium erhalten, um das LITA 3D-Druckverfahren zur Herstellung von kohlefaserverstärkten Endlos-Verbundkomponenten für Wärmeschutzsysteme auf NASA-Raumfahrzeugen und -Landersystemen einzusetzen. Fu sagt, dass das LITA 3D-Drucksystem aufgrund seiner Fähigkeit zum Drucken mit Hochtemperaturharzen ausgewählt wurde.

Derzeit wurde die Technologie nur in kleinem Maßstab demonstriert – für die Studie wurden 3K-Carbonfasern verwendet – aber Fu sagt, dass das Team daran arbeitet, das Robotersystem zu vergrößern, um die Verwendung breiterer Kohlefaserkabel für größere Komponenten zu ermöglichen. Die Forscher suchen derzeit nach Unternehmen, die an einer Zusammenarbeit beim Scale-up und der anschließenden Kommerzialisierung der Technologie interessiert sind.

Um auf die Angelegenheit zuzugreifen Besuchen Sie www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.