US-Militär entwickelt Verfahren für 3D-Druck von hochtemperaturbeständigen Polymeren

Kürzlich hat das US Air Force Research Laboratory in Zusammenarbeit mit dem Glenn Research Center der NASA und der University of Louisville eine Methode für den 3D-Druck hochtemperaturbeständiger Polymere entwickelt. Die Forscher verwendeten Hochtemperatur-Duroplaste, die mit Kohlefaserfilamenten und selektiven Lasersinterverfahren imprägniert waren, um erfolgreich hochtemperaturbeständige Verbundteile auf Polymerbasis zu drucken, die Temperaturen über 300 ° C widerstehen können. Es wird erwartet, dass sie in der Zukunft für hohe Temperaturen um Turbinentriebwerk-Ersatzteile oder Motorabgase verwendet werden. Bereich.

Die Leichtbaueigenschaften von Verbundwerkstoffen auf Polymerbasis und ihre Fähigkeit, Hochtemperaturumgebungen standzuhalten, können dazu beitragen, die Reichweite von Flugzeugen zu erhöhen und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch und die Betriebskosten zu senken, was sie für die nächste Generation von Ausrüstungsanwendungen der Air Force attraktiv macht. Diese bahnbrechende Entdeckung legte den Grundstein für die Erfüllung der kostengünstigen Produktionsanforderungen der nächsten Generation der Air Force.

Im Allgemeinen enthalten Polymerverbundstoffe Fasern wie Glasfasern in Epoxy oder andere Matrixmaterialien. Eingebettete Fasern verstärken die Matrix und machen das Material robuster.

Bei dem Prozess des Polymer-3D-Druckens unter Verwendung eines Lasersinterprozesses wird Hochtemperaturlaserlicht durch das Polymerpulverbett geleitet, um eine Computer-Vorentwurfsform zu bilden. Das Laserpulver wird dann verwendet, um die neue Pulverschicht zu formen, und dieser Vorgang wird mehrere Male wiederholt, bis der 3D-Teil fertiggestellt ist.

Beim Testen von Hochtemperaturpolymerharzen stellte das Team fest, dass additive Fertigungstechniken Polymerpulver gut bedruckten, aber wenn sie Teile aus dem Pulverbett zur Nachbehandlung entfernten, schmolzen die Materialien und konnten nicht verwendet werden.

Um dieses Problem zu lösen und es den Molekülen zu ermöglichen, unter der Wärme des Lasers gewickelt und geformt zu werden, fügten die Forscher dem Harzmaterial Kohlefaserfüllstoffe hinzu, um die Laserenergie besser auf das Substrat zu übertragen. Durch die Absorption der Energie des Lasers und die Wärmeleitung bewirkt die Kohlenstofffaser, dass der Laser das Material viel schneller erhitzt als das Polymer allein.

Forscher sagen, dass die Verarbeitung von Hochtemperaturmaterialien sehr schwierig und teuer ist, und dieses Material wird normalerweise für militärische spezifische Zwecke verwendet, und seine Lieferanten haben weniger Ressourcen. Dieser Durchbruch wird es der US-Luftwaffe ermöglichen, hochtemperaturbeständige Verbundteile kosteneffizienter herzustellen. Darüber hinaus zeichnen sich Hochtemperatur-Polymerverbundteile durch geringe Größe und vielfältige Funktionen aus. Die neuesten Forschungsergebnisse werden nicht nur der Air Force große Vorteile bringen, sondern auch die gesamte Branche beeinträchtigen.

Vorläufige Testdaten zeigen, dass dieses neue Material hohen Temperaturen standhalten kann, aber weitere Tests und Verifizierungen des Materials sind erforderlich, bevor es auf der Air Force-Plattform angewendet wird.