יישום חיזוק סיבי פחמן רציף
העיקרון של שימוש בחיזוק סיבים בחומרים מורכבים הוא שסיבי החיזוק הם בדרך כלל עמידים יותר בלאי, חזקים יותר ובעלי תכונות מכניות טובות יותר מאשר חומר המטריצה. כאשר מרוכבים נתונים לכיפוף או נזק לגזירה, הסיבים המחזקים נשלפים מהמטריצה וסופגים אנרגיה מהעומסים המופעלים. בטווח אורך מסוים, סיבים ארוכים יותר סופגים יותר אנרגיה במהלך הנשיכה, ומגדילים את חוזק המורכב. עבור מרוכבים עם אותו תכולת נפח, סיבים בודדים ארוכים יותר פירושם פחות סיבים, הפחתת ריכוז הלחץ ושיפור הביצועים הכלליים. בנוסף, סיבי פחמן רציפים וארוכים יותר מספקים שימון טוב יותר, הפחתת חיכוך ובלאי, ומפחיתים את היווצרות פסולת שוחקת.
בשל מגבלות הכלים, בדרך כלל מצטרפים לרוב רכיבי תרמופלסטיים מחוזקים של סיבי פחמן (CFRTP), מה שהופך את המפרקים לנקודות החלשות ביותר. איכות המפרקים משפיעה ישירות על חוזק העייפות ועל חיי השירות של רכיבי CFRTP. שיטות הצטרפות נפוצות כוללות הצטרפות מכנית, מלט וריתוך. ריתוך, המשתמש בתכונות ההיתוך המשניות של השרף התרמופלסטי, מספק חוזק משותף טוב יותר ויכולת הסתגלות סביבתית מאשר קשירת דבק, ונמנע מרכוז מתח ממפרקים מכניים. ריתוך הוא גם מהיר יותר וקל יותר לאוטומטי.
ריתוך לייזר, שיטה ללא מגע, מציע מהירות גבוהה, חוזק גבוה, לחץ רטט נמוך, והתאמה למבנים מורכבים, המציגים סיכויים טובים לריתוך CFRTP. מחקרים עדכניים בחנו ריתוך חדירת לייזר וטכנולוגיית הצטרפות ישירה של לייזר. ריתוך חדירת לייזר יכול להצטרף לשרפים שקופים, CFRTP, שרפים אטומים וחומרי מתכת. מכון נינגבו לחומרים, האקדמיה הסינית למדעים, השתמש בטכנולוגיית הצטרפות ישירה של לייזר כדי להצטרף ל- CFRTP עם פלדת אל חלד וסגסוגת אלומיניום, ומצא כי חוזק המשותף חורג מזה של מטריצת השרף, אם כי האיכות המשותפת זקוקה לשיפור.
מחקרים בהדפסת תלת מימד נוכחית על מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים של סיבי פחמן מתמקד בעיקר בסיבי פחמן קצרים, עם מחקר מוגבל על סיבי פחמן רציפים והדבקה חלשה בין שכבות, המשפיעה על ביצועי הכיפוף.
בניגוד לטכנולוגיית FDM המסורתית, תכנון ראש כביסה חדש משתמש בחומצה פולילקטית (PLA) כמטריצה התרמופלסטית וסיבי פחמן רציפים כחיזוק. ראש ההדפסה כולל מנוע שחול, בלוק תנור, צינורות סיבי פחמן וזרבובית. במהלך ההדפסה, החומר התרמופלסטי נמס וסיבי הפחמן מתמזגים עם החומר המותך, המונע על ידי מנוע ההחזר ומוחלט מהזרבוב. תהליך זה מאפשר הדפסת תלת מימד של מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים של סיבי פחמן רציפים.
