BACKGROUND: Carbon fiber reinforced continuous plastics (CFRP) are widely used in mechanical engineering, but conventional methods of their production, such as automatic fiber laying (AFP) and automatic tape laying (ATL), are characterized by high cost and complexity. Additive manufacturing, or 3D printing, offers an alternative approach, allowing parts to be manufactured quickly without using molds. However, the speed of CFRP 3D printing is limited, which reduces its efficiency.
AIM: Evaluate the 3D printing of CFRP parts speed icrease when laser heating use to optimize the melting process of the material.
METHODS: The study involves CFRP 3D printing using a laser to heat the material, which increased the printing speed up to 30 mm/s. The influence of various laser radiation parameters, such as scanning power and speed, on the quality and mechanical properties of printed CFRP samples was studied. An electron microscope was used to analyze the microstructure.
RESULTS: Experiments have shown that increasing the laser power and printing speed increases the strength of printed products. This is due to the improvement of interlayer bonds due to a more uniform melting of the material. However, excessive laser power leads to overheating and decomposition of the polymer matrix, reducing the strength and durability of products.
CONCLUSION: The results of the study show that laser heating can significantly increase the speed of CFRP 3D printing, while maintaining high quality and durability of parts. The optimal choice of laser radiation parameters is a key factor for achieving maximum productivity and quality of 3D printing of CFRP parts.
Обоснование. Непрерывные пластики, армированные углеродным волокном (CFRP), широко применяются в машиностроении, но традиционные методы их производства, такие как автоматическая укладка волокон (AFP) и автоматическая укладка ленты (ATL), отличаются высокой стоимостью и сложностью. Аддитивное производство, или 3D-печать, предлагает альтернативный подход, позволяя быстро изготавливать детали без использования пресс-форм. Однако скорость 3D-печати CFRP ограничена, что снижает её эффективность.
Цель работы — оценка возможности повышения скорости 3D-печати CFRP деталей, используя лазерный нагрев для оптимизации процесса плавления материала.
Методы. В исследовании использовалась 3D-печать CFRP с использованием лазера для нагрева материала, что позволило увеличить скорость печати до 30 мм/с. Исследовалось влияние различных параметров лазерного излучения, таких как мощность и скорость сканирования, на качество и механические свойства напечатанных образцов CFRP. Для анализа микроструктуры использовался электронный микроскоп.
Результаты. Эксперименты показали, что увеличение мощности лазера и скорости печати повышает прочность напечатанных изделий. Это обусловлено улучшением межслойных связей за счёт более равномерного расплавления материала. Однако избыточная мощность лазера приводит к перегреву и разложению полимерной матрицы, снижая прочность и долговечность изделий.
Заключение. Результаты исследования показывают, что лазерный нагрев позволяет значительно увеличить скорость 3D-печати CFRP, сохраняя высокое качество и прочность деталей. Оптимальный выбор параметров лазерного излучения является ключевым фактором для достижения максимальной производительности и качества 3D-печати деталей, изготовленных из CFRP.