Application de renforcement en fibre de carbone continu
Le principe de l'utilisation du renforcement des fibres dans les matériaux composites est que les fibres de renforcement sont généralement plus résistantes à l'usure, plus fortes et ont de meilleures propriétés mécaniques que le matériau matriciel. Lorsque les composites sont soumis à des dommages à la flexion ou au cisaillement, les fibres de renforcement sont retirées de la matrice et absorbent l'énergie des charges appliquées. Dans une certaine plage de longueur, les fibres plus longues absorbent plus d'énergie pendant le retrait, augmentant la résistance du composite. Pour les composites avec la même teneur en volume, les fibres individuelles plus longues signifient moins de fibres, réduisant la concentration de stress et améliorant les performances globales. De plus, les fibres de carbone continues et plus longues offrent une meilleure lubrification, réduisant la friction et l'usure et diminuant la formation de débris abrasifs.
En raison des limitations d'outillage, les composants thermoplastiques renforcés en fibre de carbone complexes (CFRTP) sont généralement rejoints en plusieurs pièces, ce qui fait que les joints sont les points les plus faibles. La qualité des articulations affecte directement la force de fatigue et la durée de vie des composants CFRTP. Les méthodes d'adhésion communes comprennent la jonction mécanique, le ciment et le soudage. Le soudage, qui utilise les propriétés de fusion secondaire de la résine thermoplastique, offre une meilleure résistance aux articulations et une adaptabilité environnementale que la liaison adhésive, et évite la concentration de contraintes des articulations mécaniques. Le soudage est également plus rapide et plus facile à automatiser.
Le soudage au laser, une méthode sans contact, offre une vitesse élevée, une résistance élevée, une faible contrainte de vibration et un aperçu des structures complexes, montrant de bonnes perspectives de soudage CFRTP. Des recherches récentes ont exploré le soudage à la pénétration du laser et la technologie d'adhésion au laser. Le soudage de pénétration au laser peut rejoindre des résines transparentes, CFRTP, des résines opaques et des matériaux métalliques. Le Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, a utilisé la technologie de jonction directe laser pour rejoindre le CFRTP avec un alliage en acier inoxydable et en aluminium, et a constaté que la résistance articulaire dépassait celle de la matrice de résine, bien que la qualité articulaire ait besoin d'amélioration.
Les recherches actuelles d'impression 3D sur les composites thermoplastiques renforcés en fibres de carbone se concentrent principalement sur les fibres de carbone courtes, avec des recherches limitées sur les fibres de carbone continu et une faible adhérence entre les couches, qui affecte les performances de flexion.
Contrairement à la technologie FDM traditionnelle, une nouvelle conception de tête d'impression utilise l'acide polylactique (PLA) comme matrice thermoplastique et fibres de carbone continues comme renforcement. La tête d'impression comprend un moteur d'extrusion, un bloc de chauffage, des tubes en fibre de carbone et une buse. Pendant l'impression, le matériau thermoplastique fond et les fibres de carbone fusionnent avec le matériau fondu, qui est propulsé par le moteur d'extrusion et extrudé de la buse. Ce processus permet l'impression 3D de composites thermoplastiques renforcés en fibre de carbone continue.
