الجيش الأمريكي يطور أسلوب الطباعة 3D البوليمرات مقاومة لدرجات الحرارة العالية

في الآونة الأخيرة، وضعت "مختبر أبحاث سلاح الجو الأميركي"، بالتعاون مع مركز بحوث جلين التابع لناسا وجامعة لويزفيل، أسلوب الطباعة 3D البوليمرات مقاومة لدرجات الحرارة العالية. استخدم الباحثون ارتفاع درجة الحرارة الراتنجات ثرموستينغ مشربة بخيوط من ألياف الكربون والليزر الانتقائي التكلس العمليات بنجاح طباعة عالية درجة الحرارة-المقاومة المستندة إلى البوليمر الأجزاء المركبة التي يمكن تحمل درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية. من المتوقع أن تستخدم في المستقبل لارتفاع درجات الحرارة حول قطع غيار محرك التوربينات أو عادم المحرك. منطقة.

خصائص المركبة المستندة إلى البوليمر، وقدرتها على تحمل درجة الحرارة العالية بيئات خفيفة الوزن يمكن أن يساعد في زيادة مجموعة الطائرات بينما خفض استهلاك الوقود وتكاليف التشغيل، مما يجعلها جذابة للقوة الجوية القادمة جيل طلبات المعدات. هذا الاكتشاف التخريبية أرست الأساس لتلبية احتياجات التصنيع الجيل المقبل، وفعالة من حيث التكلفة للقوات الجوية.

وبصفة عامة، إدماج المركبة على أساس البوليمرات الألياف مثل الألياف الزجاجية في الإيبوكسي أو غيرها من المواد المصفوفة. تعزيز المصفوفة الألياف جزءا لا يتجزأ وجعل المادة أكثر قوة.

عملية البوليمر 3D الطباعة باستخدام ليزر تلبد العملية، يتم تمرير أشعة الليزر ذات درجة الحرارة العالية خلال السرير مسحوق البوليمر لتشكيل شكل مصممة مسبقاً كمبيوتر. ثم يتم استخدام الليزر مسحوق شكل مسحوق طبقة جديدة ويتم تكرار هذه العملية عدة مرات حتى يتم إكمال الجزء ثلاثي الأبعاد.

عند اختبار راتنجات البوليمر ذات درجة الحرارة العالية، ووجد الفريق أن تقنيات التصنيع المضافة طباعة بوليمر مساحيق جيدا، ولكن عندما أزالوا أجزاء من مسحوق السرير لما بعد المعالجة، المواد التي ذابت ولا يمكن استخدامها.

لحل هذه المشكلة وتمكين أفضل الجزيئات الجرح وتتشكل تحت حرارة الليزر، أضاف الباحثون الحشو ألياف الكربون للمواد الراتنج لنقل أفضل طاقة الليزر للركيزة. بامتصاص الطاقة الليزر وإجراء الحرارة، سوف يسبب ألياف الكربون الليزر تسخين المواد أسرع بكثير من استخدام البوليمر وحدها.

ويقول الباحثون أن يتم تجهيز المواد ذات درجة الحرارة العالية جداً صعبة ومكلفة، وعادة ما تستخدم هذه المواد لأغراض خاصة بالجيش، ومورديها بموارد أقل. وسيمكن هذا الاختراق "القوات الجوية الأمريكية" لتصنيع الأجزاء المركبة في درجة حرارة عالية بطريقة أكثر فعالية من حيث تكلفة. وعلاوة على ذلك، تتميز أجزاء مركب البوليمر ذات درجة الحرارة العالية بصغيرة الحجم ومتعددة الوظائف. أحدث نتائج البحوث لن يحقق فوائد كبيرة للقوات الجوية، ولكن قد جلب أيضا الآثار التخريبية لهذه الصناعة برمتها.

بيانات الاختبار الأولية تبين أن هذه المواد الجديدة يمكن أن تحمل درجات الحرارة المرتفعة، ولكن مطلوب مزيد من التجارب والتحقق من المواد قبل تطبيقه فعلياً إلى منصة القوة الجوية.