کامپوزیت های ساخته شده از طریق پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی کامپوزیت

کامپوزیت­ های با بازده بالای تولید شده بوسیله­ ی روش پرینت سه بعدی مدرن

پرینت سه بعدی کامپوزیت با بازده بالا

یک گروه از محققان در دانشکده ­ی مهندسی و علوم کاربردی (SEAS) دانشگاه هاروارد جان پولسون، روش تکنولوژی پرینت سه بعدی جدیدی را توسعه دادند که دارای قابلیت کنترل بی­نظیری در آرایش فیبرهای کوتاه جاسازی شده در ماتریس ­های پلیمری است. آنها از این روش ساخت افزایشی برای جهت­ دهی به فیبرهای موجود در داخل کامپوزیت­ های اپوکسی در مکان ­های مشخص استفاده کردند، و این روش آنها را قادر به تولید مواد ساختاری کرد که دارای استحکام و سفتی بهینه هستند.

جنیفر لوییس، استاد مهندسی الهام گرفته از زیست­ شناسی در SEAS گفته است که “امکان کنترل موضعی جهت­ گیری فیبرها در داخل کامپوزیت­ های مهندسی شده، تبدیل به یک چالش بزرگ شده است. اکنون مانند طبیعت می­توانیم مواد را به صورت ترتیبی (لایه به لایه) الگودهی کنیم”.

رویکرد کلیدی این گروه، کوریوگرافی دقیق سرعت و چرخش نازل یک چاپ گر سه بعدی جهت تنظیم آرایش فیبرهای جاسازی شده در ماتریس ­های پلیمری است. این امر با اتخاذ یک سیستم سرچاپگر چرخان با یک موتور پله ­ای، به منظور هدایت سرعت زاویه ­ای نازل چرخان در هنگام اکسترود شدن جوهر، محقق می­شود.

برِت کامپتون، که عضو دیگری از گروه تحقیقاتی است، می­گوید “پرینت سه بعدی دورانی، می­تواند برای دستیابی به آرایش مطلوب و یا تقریباً مطلوب فیبرها در هر ناحیه از بخش چاپ شده استفاده شود، و نتیجه­ ی آن دست یافت به استحکام و سفتی بیشتر در هنگام بکار بردن مواد کمتر است. ما، به جای استفاده از میدان­ های مغناطیسی و الکتریکی، از کنترل جریان جوهرهای ویسکوز جهت القای جهت­ گیری فیبر استفاده می­کنیم”.

کامپتون اشاره کرد که نازل طراحی شده توسط این تیم می­تواند در تمام روش ­­های چاپ سه بعدی، از تولید فیلامنت ذوب شده (fused filament fabrication) تا چاپ مستقیم جوهر و ساخت افزایشی ترموپلاستیک در مقیاس بزرگ، و همچنین با تمام مواد پر کننده، از فیبرهای کربنی و شیشه­ ای تا ویسکرها و صفحه­ های سرامیکی یا فلزی، بکار گرفته شود.

این تکنیک امکان پرینت سه بعدی مواد مهندسی شده ­ای که می­توانند بصورت فضایی برای دست­یابی به بازده خاصی طراحی شوند را فراهم می­نماید. برای مثال، جهت­ گیری فیبرها می­تواند برای افزایش مقاومت در برابر آسیب دیدن در مکان­ هایی که احتمال دارد بیشترین تنش در حین بارگزاری اعمال شود، بصورت موضعی بهینه ­سازی گردد.

جوردن رانی می­گوید یکی از نکات جالب در مورد این کار اینست که مسیری جدید برای تولید میکروساختارهای پیچیده ایجاد شده است.  امکان تغییر قابل کنترل میکروساختار از ناحیه ای به ناحیه­ ی دیگر به وجود آمده است. کنترل بیشتر روی ساختار به معنی کنترل بیشتر بر خواص نهایی است. که به شدت موقعیت­ های طراحی، که می­توان برای بهینه­ سازی خواص از آنها استفاده کرد ، را گسترش می­دهد.

منبع :

www.materialsforengineering.co.uk