Различные механизмы FDM, используемые при изготовлении композитов, армированных непрерывными волокнами: обзор

Моделирование методом послойного наплавления (FDM) — это технология аддитивного производства, которая рассматривается как перспективный метод изготовления полимерных компонентов методом 3D-печати. В последнее время она привлекает внимание благодаря простоте использования, эффективности, низкой стоимости и безопасности. Однако компоненты, изготовленные методом FDM, как правило, обладают недостаточной прочностью по сравнению с изделиями, полученными традиционными методами производства. Низкая прочность главным образом обусловлена высокой пористостью и низкой спекаемостью межслойных контактов, а также характеристиками полимера, используемого в процессе FDM, и особенностями самого процесса. Что касается армирования, существуют два основных типа волокон: прерывистые (короткие) и непрерывные. Композиты, армированные непрерывными волокнами, становятся все более популярными в различных отраслях промышленности благодаря своим превосходным механическим свойствам. Поскольку непрерывные армирующие волокна оказывают более выраженное положительное влияние на повышение прочности напечатанных деталей, в статье основное внимание уделено непрерывным длинным волокнам. Помимо характеристик полимера, для решения проблемы недостаточной прочности деталей, изготовленных методом FDM, были разработаны и внедрены различные механизмы. В статье подробно рассматриваются два основных механизма FDM: сплавление in situ и препрег ex situ. Также приведены соответствующие примеры применения этих механизмов с использованием различных армирующих элементов. Кроме того, обсуждаются несколько менее распространенных механизмов. Каждый механизм имеет свои преимущества и недостатки, что указывает на необходимость дальнейшего развития и модификации для повышения прочности деталей, изготовленных методом FDM, до уровня, сопоставимого с прочностью изделий, полученных традиционными методами.