Americká armáda vyvíja metódu 3D tlače polymérov odolných voči vysokej teplote

Nedávno laboratórium amerických leteckých síl v spolupráci s výskumným centrom NASA Glenn a univerzitou v Louisville vyvinulo metódu 3D tlače vysokoteplotných polymérov. Výskumníci použili vysokoteplotné termosetové živice impregnované vláknami z uhlíkových vlákien a selektívne procesy laserového spekania na úspešné vytlačenie kompozitných dielov na báze polymérov odolných voči vysokým teplotám, ktoré dokážu vydržať teploty vyššie ako 300 ° C. Očakáva sa, že sa budú používať v budúcnosti pri vysokých teplotách okolo náhradných dielov turbínových motorov alebo výfukových plynov motora. area.

Ľahké vlastnosti kompozitov na báze polymérov a ich schopnosť odolávať vysokoteplotnému prostrediu môžu pomôcť zvýšiť rozsah lietadiel pri súčasnom znížení spotreby paliva a prevádzkových nákladov, čo je príťažlivá pre ďalšiu generáciu zariadení Air Force. Tento rušivý objav položil základy na uspokojenie výrobných potrieb leteckej armády ďalšej generácie.

Kompozity na báze polymérov obsahujú vo všeobecnosti vlákna, ako sú sklenené vlákna, do epoxidových alebo iných matricových materiálov. Zabudované vlákna posilňujú matricu a robia materiál robustnejším.

Pri procese polymérovej 3D tlače pomocou procesu laserového spekania sa cez polymérové práškové lôžko vedie vysokoteplotné laserové svetlo, aby sa vytvoril predbežne navrhnutý počítačový tvar. Laserový prášok sa potom použije na tvarovanie novej práškovej vrstvy a tento proces sa niekoľkokrát opakuje, kým sa nedokončí 3D časť.

Pri skúšaní vysokoteplotných polymérnych živíc tím zistil, že aditívne výrobné techniky dobre vytlačili práškové polyméry, ale keď odstránili časti z práškového lôžka na dodatočnú úpravu, materiály sa roztavili a nemohli sa použiť.

Na vyriešenie tohto problému a lepšie umožnenie molekúl byť navinuté a tvarované pod teplo laseru, vedci pridal plnivá uhlíkových vlákien k živicovému materiálu, aby lepšie prenášali energiu laseru na substrát. Absorbovaním energie lasera a vedením tepla spôsobí, že uhlíkové vlákno spôsobí, že laser bude ohrievať materiál oveľa rýchlejšie ako samotný polymér.

Výskumníci tvrdia, že spracovanie vysokoteplotných materiálov je veľmi náročné a nákladné a tento materiál sa zvyčajne používa na vojenské účely a jeho dodávatelia majú menej zdrojov. Tento prielom umožní americkým vzdušným silám vyrábať vysokoteplotné kompozitné súčasti nákladovo efektívnejším spôsobom. Navyše vysokoteplotné zložky z polymérového kompozitu sú charakterizované malou veľkosťou a mnohými funkciami. Najnovšie výsledky výskumu nielenže prinesú veľké výhody vzdušným silám, ale môžu tiež mať negatívny vplyv na celý priemysel.

Údaje o predbežných skúškach ukazujú, že tento nový materiál môže vydržať vysoké teploty, ale pred tým, než sa skutočne aplikuje na platformu Air Force, je potrebné ďalšie testovanie a overenie materiálu.