【复材资讯】3D打印的碳纤维传感器更轻，耐腐蚀性更强
最新研究采用增材制造的碳纤维增强聚合物 (CFRP) 的热机械性能，并结合光纤布拉格光栅 (FBG) 传感器及其在热应力下的适用性。
增材制造 (AM)，也称为 3D 打印，是一种逐层制造技术，在该技术中，随后的材料片层相互叠加，以使用计算机辅助设计完成完整的项目。
3D打印已普遍用于工业实施，例如航空航天、汽车、正畸、结构和医疗保健行业，用于制造功能设计，尤其是具有复杂几何拓扑的设计，因为与传统制造技术相比，它提供了出色的设计自由度。
预计增材制造 (AM) 将成为第三次工业转型，补充上个世纪开始统治制造业的生产线组装。
技术的进步不仅限于生产过程。与制造方法相关联，科学创新的主要目标之一是使材料更具生产力，例如智能材料。
由于其高刚性比例以及防腐蚀、装饰性和耐热性，聚合物纳米复合材料在过去十年中出现了巨大的增长。另一方面，它们固有的传感能力使它们非常适合航空和工业工程学科的结构健康监测。表面安装的光电探测器在应力分析和复合材料状态监测的研究中得到了很多重视。光纤布拉格光栅 (FBG) 传感器由于尺寸紧凑、重量轻、耐腐蚀、组合能力强和响应速度快，因此比其他类型的传感器更受青睐，用于集成到复合材料结构中。
FBG传感器是一种内置于一小段光纤中的分散布拉格反射，它反射特定波长，同时传输所有其他波长。缺乏可信赖的、可靠的现场监测来试图控制最终产品的施工过程和质量，这阻碍了 AM 创新的发展，因此需要在层压复合材料中集成 FBG 探测器，以实现对温度变化的合法监测和诱导的测量技术。
在生产过程中，可能会使用传统技术将 FBG 探测器植入复合样品中。FBG 传感器可能会添加到使用多喷射打印或熔融沉积建模 (FDM) 等工艺添加创建的纯聚合物样品中。
结果表明，在使用 FDM 工艺进行 3D 打印时，通过将纯聚合物与短纤维和/或连续纤维合并，可以大大增强聚合物材料的结构能力。尽管 FDM 技术在制造复合结构方面有很多好处，但它也并非没有缺陷。与 FDM 过程相关的潜在故障会对实际应用的质量和耐用性产生不利影响。温度变化是最常见的缺陷类型，在整个生产过程中会在样品中产生错误，因为它经历了基板材料的连续熔化和快速冷却阶段。它可以提供有害的应力分布，从而导致脱粘破坏。因此，应使用 FDM 过程调查创建对象的热记录。
研究成果
PLA 材料的特性与之前描述的 M3 晶体存在差异，M3 晶体也是使用 3D 打印机制造的。代替线性模型，使用二次多项式来表示 M3 晶体中应变和温度之间的联系。观察到的材料差异不仅可以归因于材料属性，还可以归因于所使用的生产过程。M3 晶体样品是使用多喷头打印 (MJP) 技术创建的，而 PLA 是使用 FDM 创建的。
本次调查中使用的 CFRP 3D 打印样品的误差被确定为 2%。这种不准确可能被视为在统计上无关紧要，因此从统计分析中删除。
使用 AM、FDM 工艺创建了4层复合材料全向层压。将数值结果与两次采集的三个样品的平均应变率进行比较。这项工作的发现可用于推动对具有嵌入式 FBG 传感器的复合结构的 AM 方法的进一步研究。
文章来源：贤集网
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