Ottimizzazione dei parametri per la stampa 3D di fibra continua di carbonio / compositi epossidici
Nel recente pubblicato ” Un quadro di ottimizzazione dei parametri basato sull’analisi della sensibilità per la stampa 3D di compositi epossidici in fibra di carbonio / compositi continui”, i ricercatori continuano a esplorare il mondo dei materiali migliorati per la fabbricazione di prototipi e componenti funzionali. Concentrandosi sul miglioramento continuo della fibra di carbonio / compositi epossidici (CCF / EPC), i ricercatori hanno eseguito un’analisi di sensibilità per l’ottimizzazione dei parametri, nonché la stampa 3D e la valutazione dei campioni.
Oggi, i compositi polimerici rinforzati con fibre (FRPC) sono utilizzati in applicazioni critiche come la costruzione, il trasporto e l’aerospaziale, attraenti per qualità come:
Bassa densità
Molta forza
Designabilità eccezionale
Modulo
Mentre i metodi tradizionali possono richiedere più tempo e denaro, la stampa 3D offre una serie di vantaggi: dalle maggiori velocità di produzione all’eliminazione di stampi, convenienza, potenziale per una maggiore innovazione, prodotti leggeri (ma più resistenti) e altro ancora. In relazione ai FRPC, scienziati e produttori hanno fatto passi da gigante con una vasta gamma di materiali, per includere fibre continue. Ancora di più, tuttavia, hanno fatto passi da gigante nella comprensione degli effetti anche dei minimi cambiamenti nei parametri di stampa come velocità, temperature e pressione.
“Una leggera variazione può causare un cambiamento significativo nelle proprietà meccaniche finali”, hanno affermato i ricercatori. “Sebbene il metodo sperimentale sarebbe un modo preferito e affidabile per acquisire i parametri ottimali, è praticamente difficile o addirittura impossibile condurre esperimenti sufficienti perché sarebbe un processo che richiede tempo e inaccessibile. L’analisi di sensibilità (SA) valuta come le variazioni nell’output del modello possano essere suddivise in base alle variazioni degli input del modello.
“Oltre ad essere utilizzato in biologia e chimica, SA è stato applicato anche in ingegneria e scienze ambientali.”
Lo schema del quadro proposto.
Il processo di stampa 3D per fibra continua di carbonio / compositi epossidici (CCF / EPC).
Per questo studio, i ricercatori hanno analizzato i dati sperimentali, oltre a creare un modello surrogato per i parametri di processo. SA è stata utilizzata per calcolare i parametri e le proprietà meccaniche, seguita da ulteriori test per verificare il framework basato su SA. E mentre la stampa 3D CCF / EPC può essere facile, i ricercatori hanno scoperto che il controllo dei parametri è un’altra questione. Parametri come la velocità di stampa, lo spessore e lo spazio sono “critici”, ma difficili da manipolare.
I parametri del processo di stampa 3D.
Sono stati condotti tre esperimenti per confermare i risultati, riguardanti la resistenza alla flessione e il modulo di flessione, ottenendo medie di 912,1 MPa e 69,28 GPa.
“… I risultati hanno mostrato che il quadro di ottimizzazione basato sull’analisi di sensibilità può servire come strumento di alta precisione per ottimizzare i parametri di stampa 3D per la produzione additiva di CCF / EPC e per prevedere la resistenza alla flessione e il modulo di flessione dei campioni stampati.
“Mentre le tecniche di analisi della sensibilità multivariata possono identificare i parametri importanti per tutte le proprietà meccaniche considerate in base al modello SVR di ogni proprietà, il metodo di ottimizzazione multi-obiettivo può ricercare i parametri importanti che ottimizzano contemporaneamente tutte le proprietà meccaniche. Ulteriori ricerche dettagliate per più proprietà saranno condotte in lavori futuri. “
La resistenza alla flessione e il modulo di flessione dei campioni CCF / EPC stampati con i parametri ottimali.
