Углеродные волокна оказались прочнее, чем кевлар и стекло для 3D-печати

В процессе исследования испытывалась способность стекла, кевлара и углеродных волокон улучшать характеристики 3D-печатного объекта, обеспечивая сравнимую с металлом прочность на разрыв.

Три экспериментальных волокна добавлялись к чистой нейлоновой нити, используя двухкомпонентный принтер Mark One 3D от известной своими достижениями компании Markforged. В процессе 3D-печати стандартных пластиковых костей для собак нейлоновые и волоконные материалы наносились в чередующихся слоях.

Укладка слоев волокна является одним из ключевых моментов для создания прочности на растяжение. После 3D-печати c использованием различных концентраций углерода, кевлара и стекловолокна пластмассовые кости подвергались испытаниям на излом, характеризующим их растягивающие и сгибаемые свойства.

По сравнению с образцом собачьей кости из чистой нейлоновой нити прочность на растяжение и изгиб повысились в 6,3 и в 5 раз соответственно. Самым прочным композитным материалом оказался нейлон, усиленный углеродными волокнами, затем стекло, а затем кевлар, который обычно используется для укрепления шин. Все композитные материалы в экспериментах отличались повышенной прочностью на растяжение, в сравнении с алюминием.

Для совершенствования свойств нитей FDM добавлялись оксиды графена к материалам ABS, PLA и TPU. Проводились также обширные комплексные исследования с шелком для 3D-печали медицинских изделий. Совет регентов штата Луизиана выделил $150 тыс. на проект, ориентированный на такие материалы.

Подобный объем проведенных исследований стал возможен благодаря широкой доступности FDM 3D-принтеров и относительной низкой стоимости используемых материалов.