3D-print af korte kulfiber-forstærkede termohærdende polymerkompositter

Den 27 sekunder lange video afspilles i en loop, og den er fascinerende at se:Kulfibermateriale, der vælter ud af en 3D-printer og langsomt hvirvler og stables som soft-serve-is.

Bortset fra, at der ikke er nogen iskugle eller kop til at holde dette materiale, kendt som kulfiberkomposit – et stærkt, let materiale, der har været brugt i årtier på alt fra flypaneler og vindmøller til tennisketsjere.

I videoen hærder materialet af sig selv, når det folder sig ud på en opvarmet overflade, uden form eller struktur til at holde det på plads.

Denne skabelse i fri form viser arbejdet fra Mostafa Yourdkhani, assisterende maskiningeniørprofessor ved Walter Scott, Jr. College of Engineering, som arbejder på at reducere omkostningerne, tiden og energien, der kræves til produktion af disse komplekse strukturer, ifølge hans nyeste papir udgivet på forsiden af ​​ACS Applied Materials &Interfaces .

"Vi gør det hurtigere og mere energieffektivt," sagde Yourdkhani. Mekaniske ingeniørstuderende Morteza Ziaee og James W. Johnson er også forfattere på papiret. "Forestil dig, at du vil bage en kage, og du sætter dejen på en bænk, og den bliver bare en kage med en udløser. Til kager skal du bruge forme; her laver vi strukturer uden forme. Det er komplekse mønstre, der er lette og sparer brændstof. ."

Han og hans team er blandt de første i verden til at færdiggøre denne type komposittryk.

Alene videoen har vundet indpas på hans LinkedIn-konto med omkring 1.000 likes fra kolleger over hele verden. "En video fra vores seneste arbejde med in-situ udskrivning og hærdning af diskontinuerlige fiberforstærkede termohærdende kompositter," lyder hans indlæg. "To udskrivningsstrategier (friform og lag-for-lag-udskrivning) uden efterhærdningstrin. Se vores papir ledet af Morteza Ziaee om dette interessante arbejde."

"Jeg er ret passioneret omkring denne teknologi," siger Yourdkhani senere. "Efter at have arbejdet i kompositområdet i mange år, løser denne teknologi alle problemer, vi har med kompositproduktion."

Yourdkhani viser videoen for at illustrere, at han og hans kandidatstuderende har opdaget en måde at printe kulfiberkompositter på på meget kort tid med minimal varme. Det meste af industriel produktion af kulfiber kræver intens opvarmning af forme, der bruger 6 til 10 timer i enorme ovne på størrelse med semi-lastbiler.

Glem de gigantiske forme og reducer tiden til få minutter – det er, hvad Yourdkhanis team har gjort for at skabe disse termohærdende kompositter i hans laboratorium. Termohærdende polymerer er væsker, der bliver faste gennem en envejs kemisk reaktion, hvilket betyder, at de ikke bliver tilbage til væsker ved genopvarmning. Epoxy, der bruges i træbearbejdning, er et eksempel på en termohærdende polymer.

Denne sommer har han engageret ingeniørstuderende og gymnasieelever i sin forskning, men han leder også efter studerende fra forskellige discipliner som kemi og datalogi.

"Kemi, maskinteknik, robotteknologi og datalogi er alle forbundet for at få dette til at ske." + Udforsk yderligere

Banebrydende teknik fremskynder smart tech-produktion næsten 600 gange