Aplicação de reforço contínuo de fibra de carbono
O princípio do uso de reforço de fibra em materiais compósitos é que as fibras de reforço geralmente são mais resistentes ao desgaste, mais fortes e têm melhores propriedades mecânicas que o material da matriz. Quando os compósitos são submetidos a danos à flexão ou cisalhamento, as fibras de reforço são retiradas da matriz e absorvem a energia das cargas aplicadas. Dentro de uma certa faixa de comprimento, as fibras mais longas absorvem mais energia durante a extração, aumentando a força do composto. Para compósitos com o mesmo teor de volume, fibras individuais mais longas significam menos fibras, reduzindo a concentração de tensão e melhorando o desempenho geral. Além disso, as fibras de carbono contínuas e mais longas proporcionam melhor lubrificação, redução de atrito e desgaste e diminuindo a formação de detritos abrasivos.
Devido a limitações de ferramentas, os componentes termoplásticos reforçados com fibra de carbono complexos (CFRTP) são normalmente unidos em várias peças, tornando as juntas os pontos mais fracos. A qualidade das articulações afeta diretamente a força da fadiga e a vida útil dos componentes do CFRTP. Os métodos comuns de união incluem união mecânica, cimentação e soldagem. A soldagem, que utiliza as propriedades secundárias de fusão da resina termoplástica, fornece melhor resistência à articulação e adaptabilidade ambiental do que a ligação adesiva e evita a concentração de estresse das articulações mecânicas. A soldagem também é mais rápida e fácil de automatizar.
A soldagem a laser, um método sem contato, oferece alta velocidade, alta resistência, tensão de baixa vibração e adequação para estruturas complexas, mostrando boas perspectivas para a soldagem de CFRTP. Pesquisas recentes exploraram a soldagem a laser e a tecnologia de união direta a laser. A soldagem de penetração a laser pode unir resinas transparentes, CFRTP, resinas opacas e materiais de metal. O Instituto de Materiais Ningbo, a Academia Chinesa de Ciências, usou a tecnologia de união direta a laser para ingressar no CFRTP com aço inoxidável e liga de alumínio e descobriu que a força articular excedeu a da matriz de resina, embora a qualidade articular precise de melhorias.
A pesquisa atual em impressão 3D sobre compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono se concentra principalmente em fibras de carbono curtas, com pesquisas limitadas sobre fibras de carbono contínuas e adesão fraca entre camadas, o que afeta o desempenho da flexão.
Diferentemente da tecnologia Tradicional FDM, um novo design de cabeçote de impressão usa ácido polilático (PLA) como matriz termoplástica e fibras de carbono contínuas como reforço. O cabeçote de impressão inclui um motor de extrusão, bloco de aquecedor, tubulação de fibra de carbono e bico. Durante a impressão, o material termoplástico derrete e as fibras de carbono se fundem com o material fundido, que é impulsionado pelo motor de extrusão e extrudado do bico. Esse processo permite a impressão 3D de compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono.
