Amerikanska militären utvecklar metod för 3D-tryckning av högtemperaturbeständiga polymerer

Nyligen har US Air Force Research Laboratory i samarbete med NASA Glenn Research Center och University of Louisville utvecklat en metod för 3D-utskrift av högtemperaturbeständiga polymerer. Forskarna använde högtemperatur värmehärdiga hartser impregnerade med kolfiberfilament och selektiva lasersintringsprocesser för att framgångsrikt kunna skriva ut högtemperaturbeständiga polymerbaserade kompositdelar som tål temperaturer över 300 ° C. De förväntas användas i framtiden för höga temperaturer kring reservdelar eller turbinmotorer. område.

Lätta egenskaper hos polymerbaserade kompositer och deras förmåga att motstå högtemperaturmiljöer kan bidra till att öka utbudet av flygplan och samtidigt minska bränsleförbrukningen och driftskostnaderna, vilket gör det attraktivt för flygvapnet nästa generations utrustningstillämpningar. Denna störande upptäckt lagde grunden för att möta flygvapnets nästa generations kostnadseffektiva tillverkningsbehov.

I allmänhet innefattar polymerbaserade kompositer fibrer såsom glasfibrer i epoxi eller andra matrismaterial. Inbäddade fibrer förstärker matrisen och gör materialet robustare.

Under processen med polymer 3D-tryckning med hjälp av en lasersintringsprocess passeras högtemperaturljusljus genom polymerpulverbädden för att bilda en datorformad form. Laserpulvret används sedan för att forma det nya pulverlagret och denna process upprepas flera gånger tills 3D-delen är klar.

Vid testning av högtemperaturpolymerhartser fann teamet att additivtillverkningstekniker tryckte polymerpulver väl, men när de tog bort delar från pulverbädden för efterbehandling, smälte materialen och kunde inte användas.

För att lösa detta problem och bättre möjliggöra att molekylerna lindas och formas under laserens värme, lägger forskarna kolfiberfyllmedel till hartsmaterialet för att bättre överföra laserenergin till substratet. Genom att absorbera laserns energi och ledande värme, kommer kolfiber att få laser att värma materialet mycket snabbare än att använda polymeren ensam.

Forskare säger att behandlingen av högtemperaturmaterial är mycket svårt och dyrt, och det här materialet brukar användas för militärspecifika ändamål, och leverantörerna har mindre resurser. Detta genombrott kommer att göra det möjligt för US Air Force att tillverka högtemperaturkompositdelar på ett mer kostnadseffektivt sätt. Vidare kännetecknas högtemperaturpolymerkompositdelar av små storlek och multipla funktioner. De senaste forskningsresultaten kommer inte bara att medföra stora fördelar för flygvapnet, men kan också medföra störande konsekvenser för hela industrin.

Preliminära provningsdata visar att det här nya materialet kan tåla höga temperaturer, men ytterligare testning och verifiering av materialet krävs innan den faktiskt appliceras på flygvapenplattformen.