Additív gyártástechnológiával készített, folytonos szállal erősített kompozitok elemzése
A polimerek felhasználása az utóbbi évtizedekben egyre nagyobb népszerűségre tett szert, megjelenésük óta a szerkezeti elemek piacán is növekvő tendenciát mutat az igény rájuk, kedvező mechanikai és tömegben mutatott tulajdonságaik miatt. A polimer kompozitok világpiaci részesedése 2019-ben 89 milliárd USD volt, iparának jelenlegi éves növekedési rátája alapján volumenének duplázódására 8 évente kerülhet sor [1]. Felhasználása leginkább a magasan fejlett iparágakban, így az autóiparban, repüléstechnikai alkalmazásokban és az űrtechnikában jelentős.
A kompozitok gyártására számos bevett technika létezik, azonban ezek jellemzően munkaigényes, nagy szaktudást és precizitást igénylő módszerek. Ennek áthidalására lehet egy remek lehetőség a jelenleg igen újnak mondható CCF (countinous carbon fiber) erősített FFF (fused filament fabrication) módszer, ami a 3D nyomtatás tervezési szabadságát ötvözi a kompozitokra jellemző kiváló mechanikai tulajdonságokkal. Mindemellett ezeknek a termoplasztikus mátrixú polimer kompozitoknak a kémiai reakció nélküli feldolgozás és a tömeggyártás, illetve újrahasznosítás lehetősége miatt is van nagy jelentőségük [2].
Ezzel a gyártástechnológiával előállított alkatrészeknek azonban még nem teljesen kiforrott a mechanikai ellenőrzése, méretezési módszerei. Ennek két fő okaként az anyagszerkezeti modellek kiforratlansága, illetve az erre közvetlenül építő CCF (countinous carbon fiber) erősített FFF gyártástechnológiára specializált végeselemes szoftverek hiánya említhető. Ennek oka leginkább a technológia komplexitásában keresendő, ahol a klasszikus lemezelmélet (CLT) alapján számoló szoftverek körülményesen, csak nagy kompromisszumok mellett alkalmazhatóak, tekintve a rétegen belüli szálfektetési szabadság teljesen érvénytelenítheti az adott réteg szálirányának eddig ismert fogalmát.
Dolgozatomban az additív gyártástechnológiákkal létrehozott alkatrészek méretezési problémájával foglalkozok. Ezen belül az FFF módszerrel előállított folytonos szálerősítésű kompozitokkal. Célom egy olyan szimulációs- és szálfektetés tervezési (egymásra kölcsönösen ható) módszer kidolgozása volt, amivel a folytonos szálerősítésű kompozitok méretezése ezen szoftverekkel is kivitelezhetővé válik, ezáltal pedig a technológia mérnöki alkalmazhatósága is nagyban javul.
Irodalom:
[1] https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/composites-market (2021.09.29.)
[2] Ferreira, I., Machado, M., Alves, F., Marques, A.: A review on fibre reinforced composite printing via FFF. Rapid Prototyping Journal. ahead-of-print. 10.1108/RPJ-01-2019-0004. (2019).
