AFPALM: una tecnologia di stampa 3D combina la stampa 3D con il posizionamento automatizzato delle fibre

AFPALM: una nuova tecnologia di stampa 3D combina la stampa 3D con il posizionamento automatizzato delle fibre

Diversi metodi sono stati sviluppati per la creazione di strutture composite leggere. Due dei più comuni sono il posizionamento automatico delle fibre (AFP) e la posa automatica dei nastri (ATL). Queste due tecniche sono adatte per strutture grandi e / o geometricamente complesse, e i loro vantaggi rispetto al deposito manuale includono produttività e riproducibilità. Questi metodi hanno un grande potenziale per l’industria aerospaziale, dove sono richieste tolleranze elevate. Tuttavia, questi metodi hanno i loro punti deboli: in particolare su superfici complesse o a doppia curvatura, possono comparire spazi, riducendo le proprietà meccaniche della struttura composita. Per contrastare questo, diversi strati sono posti l’uno sopra l’altro, ma questo rende il componente più pesante e più costoso da produrre.

In un nuovo documento intitolato “Un nuovo approccio: combinazione di Automated Automated Placement (AFP) e Additive Layer Manufacturing (ALM)”, a cui potete accedere qui , gli autori sostengono che combinare la stampa 3D con AFP può evitare questi problemi. Allora, cos’è esattamente l’AFPALM?

“Come standard, le teste disponevano contemporaneamente 8, 16, 24 o 32 strati con le consuete larghezze da 1/800 a 1/200 direttamente l’uno accanto all’altro contemporaneamente”, spiegano i ricercatori. “I materiali termoplastici o termoindurenti unidirezionali (UD) vengono spesso utilizzati per la produzione automatizzata di materiali compositi moderni ad alte prestazioni.”
I preimpregnati sono strisce di tessuto rinforzante che contengono già resina, incluso l’agente indurente adatto.

“La sfida del posizionamento automatizzato delle fibre è quella di deporre completamente i Prepregs con un orientamento delle fibre definito senza lacune o sovrapposizioni”, proseguono i ricercatori. “Il corretto posizionamento delle fibre senza lacune o sovrapposizioni dipende da molti parametri, come geometria dello stampo, larghezza del nastro e orientamento della fibra. I Prepreg devono essere disposti parallelamente al flusso di forza per mostrare le loro proprietà ottimali. ”
Su una superficie piana, i preimpregnati possono generalmente essere posizionati senza spazi o sovrapposizioni. Con geometrie complesse, tuttavia, sono comuni lacune o sovrapposizioni e possono ridurre le proprietà meccaniche del componente e portare a consumo di materiale non necessario, peso aggiuntivo e ispessimento locale.

I ricercatori presentano l’idea di combinare la stampa 3D con AFP per riempire gli spazi vuoti senza aggiungere peso aggiuntivo. Hanno creato tre campioni: un laminato senza spazi vuoti, un laminato con spazi vuoti e un laminato in cui gli spazi erano riempiti con plastica unidirezionale rinforzata con fibra di carbonio (CFRP-UD) stampata in 3D.

“La resistenza a trazione, la resistenza al taglio interlaminare e la resistenza alla flessione del laminato con lacune sono state ridotte di circa il 13% rispetto al laminato senza lacune”, affermano i ricercatori. “Di conseguenza, la resistenza a trazione del laminato con CFRP-UD stampato era di ca. 2%, la resistenza al taglio interlaminare era di ca. 4% e la resistenza alla flessione era di ca. 1% in meno di quella del laminato senza spazi vuoti. ”
È importante sottolineare che CRFP-UD non aggiunge peso significativo al componente, diversamente dall’aggiunta di più livelli di prepreg per riempire gli spazi vuoti. La fibra di carbonio è stata posizionata dopo che un sensore di bordo integrato nella testina di stampa 3D ha rilevato le lacune online tra i nastri in fibra. Un’altra opzione, aggiungono i ricercatori, sarebbe quella di rilevare gli spazi con una termocamera integrata nella testa AFP.

“Combinando la stampa 3D e la tecnologia AFP, le parti composite possono essere fabbricate in modo più omogeneo”, concludono. “Successivamente, i componenti vengono prodotti più velocemente, più economici e persino più leggeri a causa dell’evitare gli strati aggiuntivi.”
Gli autori del documento includono Mohammad Rakhshbahar e Michael Sinapius. AFPALM potrebbe essere un processo altamente automatizzato che è molto vantaggioso in termini di costi e componenti costruiti per applicazioni aerospaziali e altre applicazioni in fibra di carbonio. Lo stesso AFPALM potrebbe essere un modo di risparmiare lavoro per creare componenti in fibra di carbonio ad altissima resistenza per l’industria. Più industrie che guardano componenti leggeri e leggeri ora hanno una possibile alternativa alla maneggevolezza e ad altri metodi di produzione di parti in fibra di carbonio con AFPALM.

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