Ο αμερικανικός στρατός αναπτύσσει μέθοδο για την 3D εκτύπωση πολυμερών ανθεκτικών σε υψηλή θερμοκρασία

Πρόσφατα, το Ερευνητικό Εργαστήριο Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ, σε συνεργασία με το Κέντρο Έρευνας Glenn της NASA και το Πανεπιστήμιο της Louisville, έχει αναπτύξει μια μέθοδο για την 3D εκτύπωση πολυμερών ανθεκτικών στις υψηλές θερμοκρασίες. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες υψηλής θερμοκρασίας εμποτισμένες με ίνες άνθρακα και επιλεκτικές διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης με λέιζερ για να εκτυπώσουν με επιτυχία σύνθετα εξαρτήματα υψηλής αντοχής σε πολυμερή που μπορούν να αντέξουν θερμοκρασίες υψηλότερες από 300 ° C. Αναμένεται να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον για υψηλές θερμοκρασίες γύρω από τα ανταλλακτικά των κινητήρων στροβίλων ή την εξάτμιση του κινητήρα. περιοχή.

Οι ελαφρές ιδιότητες των σύνθετων υλικών πολυμερούς και η ικανότητά τους να αντέχουν σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας μπορούν να βοηθήσουν στην αύξηση της γκάμας των αεροσκαφών μειώνοντας παράλληλα την κατανάλωση καυσίμου και το λειτουργικό κόστος, καθιστώντας την ελκυστική για την επόμενη γενιά εφαρμογών εξοπλισμού της Air Force. Αυτή η αναστατωμένη ανακάλυψη έθεσε τα θεμέλια για την ικανοποίηση των μελλοντικών γενεών, οικονομικά αποδοτικών κατασκευαστικών αναγκών της Πολεμικής Αεροπορίας.

Γενικά, τα σύνθετα υλικά με βάση το πολυμερές ενσωματώνουν ίνες όπως είναι οι ίνες γυαλιού σε εποξειδικά ή άλλα υλικά μήτρας. Οι ενσωματωμένες ίνες ενισχύουν τη μήτρα και κάνουν το υλικό πιο ανθεκτικό.

Στη διαδικασία της εκτύπωσης πολυμερούς 3D χρησιμοποιώντας μια μέθοδο σύντηξης με λέιζερ, το φως λέιζερ υψηλής θερμοκρασίας περνάει μέσα από την κλίνη πολυμερούς σκόνης για να σχηματίσει ένα προκαθορισμένο σχήμα υπολογιστή. Η σκόνη λέιζερ στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση του νέου στρώματος σκόνης και η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται αρκετές φορές μέχρι να ολοκληρωθεί το τρισδιάστατο τμήμα.

Κατά τη δοκιμή πολυμερικών ρητινών υψηλής θερμοκρασίας, η ομάδα διαπίστωσε ότι οι τεχνικές κατασκευής πρόσθετων τυπωμένων πολυμερών σκόνες καλά, αλλά όταν αφαιρέθηκαν τα μέρη από την κλίνη σκόνης για μετα-επεξεργασία, τα υλικά λειώθηκαν και δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν.

Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα και να διευκολυνθούν καλύτερα τα μόρια να τυλιχθούν και να διαμορφωθούν κάτω από τη θερμότητα του λέιζερ, οι ερευνητές πρόσθεσαν γεμιστήρες από ίνες άνθρακα στο υλικό της ρητίνης για να μεταφέρουν καλύτερα την ενέργεια του λέιζερ στο υπόστρωμα. Με την απορρόφηση της ενέργειας του λέιζερ και τη διοχέτευση της θερμότητας, οι ίνες άνθρακα θα προκαλέσουν το λέιζερ να θερμαίνει το υλικό πολύ πιο γρήγορα απ 'ό, τι χρησιμοποιώντας μόνο το πολυμερές.

Οι ερευνητές λένε ότι η επεξεργασία υλικών υψηλής θερμοκρασίας είναι πολύ δύσκολη και δαπανηρή και ότι το υλικό αυτό χρησιμοποιείται συνήθως για στρατιωτικούς σκοπούς και οι προμηθευτές του έχουν λιγότερους πόρους. Αυτή η επανάσταση θα επιτρέψει στην Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ να παράγει σύνθετα εξαρτήματα υψηλής θερμοκρασίας με πιο αποδοτικό τρόπο. Επιπλέον, τα σύνθετα μέρη υψηλής θερμοκρασίας πολυμερών χαρακτηρίζονται από μικρό μέγεθος και πολλαπλές λειτουργίες. Τα τελευταία αποτελέσματα της έρευνας όχι μόνο θα αποφέρουν μεγάλα οφέλη για την Πολεμική Αεροπορία, αλλά και θα μπορούσαν να έχουν αποδιοργανωτικές επιπτώσεις σε ολόκληρο τον κλάδο.

Προκαταρκτικά στοιχεία δοκιμών δείχνουν ότι αυτό το νέο υλικό μπορεί να αντέξει σε υψηλές θερμοκρασίες, αλλά απαιτείται περαιτέρω δοκιμή και επαλήθευση του υλικού προτού εφαρμοστεί πραγματικά στην πλατφόρμα της Πολεμικής Αεροπορίας.