Növelt szálhosszú, 3D nyomtatott kompozitok tervezése és vizsgálata
Az additív gyártástechnológiák nagy fejlődésen mentek keresztül az 1980-as évekbeli megjelenésük óta. Amíg kezdetekben csak prototípus gyártásra alkalmazták, ma már felhasználásra szánt alkatrészek is készülhetnek additív gyártástechnológiákkal. Az egyik legjobban elérhető technológiacsalád az extrúzió alapú additív gyártástechnológia (MEX), amelynek legismertebb képviselője a Fused Deposition Modeling (FDM) . A műanyagszál-olvasztásán alapuló 3D nyomtatással nagyon hasonló alapanyagok dolgozhatók fel, mint fröccsöntéssel. Az utóbbi években intenzív kutatások folynak kompozit anyagok nyomtatásával kapcsolatosan, ugyanis a technológia lehetőséget biztosít, hogy a terméken belül irányítottan, akár a terhelés irányában helyezzünk el szálakat, ezzel is növelve a kompozit termékünk hatékonyságát. Az egyre gyakrabban alkalmazott 3D nyomtatott kompozit alapanyagok esetében azonban kompromisszumokat kellett kötni: mind a többlépcsős feldolgozás, mind az alapanyag formája (a legtöbb esetben tekercselt szál formájú alapanyagokról, azaz filamentekről beszélhetünk) és száltartalom miatt az erősítőanyag maradó szálhossza elmarad a fröccsöntésben megszokottól.
A kompozit anyagok egyik legkritikusabb jellemzője az erősítőszálak hossza, amelynek növelésével jelentős mechanikai tulajdonság növekmény érhető el. Adott szálra és mátrix anyagra létezik egy kritikus szálhossz, amely felett a szál jól beágyazható. A kritikus szálhossz alatt nem erősítő-, hanem töltőanyagról beszélhetünk. A maradó szálhosszra a legkritikusabb tulajdonságok a kiinduló szálhossz, illetve az extrudercsiga fordulatszáma.
Korábbi tanulmányokból már kiderült, hogy az alapanyag kompaundálási paramétereinek is nagy hatása van a maradó szálhosszra [1-3].
TDK dolgozatom célja olyan szén- és üvegszálat tartalmazó filamentek készítése volt, amelyben a maradó szálhossz a kritikus szálhossz felett van, nyomtathatósága, tekercselhetősége a mindennapi felhasználásra alkalmassá teszi. Az elkészült anyagokat szakítóvizsgálatnak, valamint Charpy-féle ütővizsgálatnak vetettem alá, a maradó szálhosszt kiégetés és a szál-mátrix arányának vizsgálata után mikroszkóppal ellenőriztem .
Irodalom:
[1] Sandra Domenek et al.: Extrusion and injection moulding induced degradation of date palm fibre – polypropylene composites. Polymer Degradation and Stability, 190, (2021).
[2] Cs. Tóth, N. K. Kovács: Comparison of the accuracy of analytical models for basalt fiber-reinforced poly(lactic acid) composites prepared by injection molding and fused filament fabrication int. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2022), 121:3999-4010, https://doi.org/10.1007/s00170022-09572-8
[3] Siwon Yu et al.: Analytical study on the 3D printed structure and mechanical properties of basalt fiber-reinforced PLA composites using X-ray microscopy int. Composites Science and Technology 175 (2019) 18-27
szerző
-
Lukács Norbert
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Tóth Csenge
Doktorandusz, Polimertechnika Tanszék -
Dr. Kovács Norbert Krisztián
adjunktus, Polimertechnika Tanszék
