Исследование прочности модифицированных в СВЧ электромагнитном поле объектов 3D печати, армированных композитом с углеродным волокном.

Abstract

На основе анализа развития транспортных технических систем установлена устойчивая тенденция к применению в их конструкциях композиционных материалов. Также отмечена перспективность использования аддитивных технологий трехмерной печати для изготовления объектов сложной формы. При этом проанализирован метод избирательного локального упрочнения путем формирования топологических структур, конфигурация которых соответствует полям возникающих в процессе эксплуатации напряжений. Предметом исследований явилась прочность образцов из композиционного материала. Цель исследований – экспериментальное обоснование возможности повышения прочности объектов аддитивного производства из термопластичных материалов путем их армирования топологическими композиционными структурами и СВЧ модифицирования. Выполнены исследования на стойкость к растягивающим нагрузкам трехмерных объектов с ослабленными сечениями, сформированных при помощи аддитивной технологии FDM. Согласно принятой методике выполняли определение конфигурации полей напряжений в композиционном материале на компьютерной твердотельной модели, изготавливали образцы с полостью, полученной путем моделирования конфигурации методом трехмерной печати, заполняли полость композитом с углеродными волокнами. Часть полученных образцов подвергали воздействию СВЧ электромагнитного поля. Проводили испытания на растяжение. Выявлено, что армирование образца из термопластичного материала ABS композиционным материалом, содержащим углеродные волокна, существенно повышает величину разрывного усилия, при этом наибольший эффект (повышение разрывного усилия в 1,5 раза) достигается при распределении армирующего материала в соответствии с прогнозируе- мыми полями эксплуатационных напряжений. Дополнительная обработка армированного образца в СВЧ электромагнитном поле частотой 2450 МГц в течение 10 с приводит к увеличению разрывного усилия по сравнению с контрольным в 1,74 раза, а модуля упругости – в 3,5 раза. Результаты могут быть использованы при изготовлении деталей различных технологических и транспортных технических систем, в частности летательных аппаратов, к прочности и весовым характеристикам которых предъявляются повышенные требования. On the basis of the analysis of development of transport technical systems the steady tendency to application in their designs of composite materials is established. The prospects of use of additive technologies of the three-dimensional press for production of objects of irregular shape are also noted. At the same time the method of selective local hardening by formation of topological structures which configuration corresponds to fields of tension arising in use is analysed. A subject of researches was durability of samples from composite material. The purpose of researches was experimental justification of a possibility of increase in durability of objects of additive production from thermoplastic materials by their reinforcing by topological composite structures and the microwave oven of modifying. Researches on resistance to the stretching loadings of the threedimensional objects with the weakened sections created by means of additive FDM technology are executed. According to the accepted technique carried out definition of a configuration of fields of tension in composite material on computer solid-state model, made samples with the cavity received by modeling of a configuration by method of the three-dimensional press filled a cavity with a composite with carbon fibers. A part of the received samples subjected to influence of the microwave oven of the electromagnetic field. Carried out tests on stretching. It is revealed that reinforcing of a sample from the thermoplastic material ABS the composite material containing carbon fibers significantly increases the size of explosive effort, at the same time the greatest effect (increase in explosive effort by 1,5 times) is reached at distribution of the reinforcing material according to the predicted fields of operational tension. Additional processing of the reinforced sample in the microwave oven the electromagnetic field with a frequency of 2450 MHz during 10 with leads to increase in explosive effort in comparison with control by 1,74 time, and the elasticity module – by 3,5 times. Results can be used at production of details of various technological and transport technical systems, in particular – aircraft to which durability and weight characteristics increased requirements are imposed.