یک سیستم CF3D Enterprise از کامپوزیت های پیوسته اخیراً در دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign (UIUC) نصب شد و جدیدترین فناوری در تولید مواد افزودنی کامپوزیت را برای بررسی و مطالعه تولید کامپوزیت‌های ساختاری بزرگ و سبک مانند آنهایی که در هوافضا استفاده می‌شود، به دانشگاه آورد. این اولین چاپگر سه بعدی فیبر پیوسته توسط Continuous Composites است که در خارج از شرکت و در دانشگاه نصب شده است.
به گفته بنیانگذار پروفسور مهندسی جف باور، “این یک فناوری ترکیبی است که پارادایم را تغییر می دهد، زیرا به شما امکان می دهد ساختارهایی با اشکال پیچیده ایجاد کنید که دارای خواص مکانیکی نزدیک به کامپوزیت های سنتی هوافضا هستند. در حال حاضر، کامپوزیت های با کارایی بالا با گذاشتن پارچه یا الیاف پر از رزین با دست و پختن آنها برای مدت طولانی در زودپز اتوکلاو ساخته می شوند. اکنون الیاف را توسط ربات می‌چینیم، آنها را محکم می‌کنیم و در کسری از زمان آنها را در فر می‌زنیم. با توجه به استحکام الیاف پیوسته، ما معتقدیم که در حال حاضر قوی‌ترین کامپوزیت چاپ شده در جهان را داریم، اما هنوز کارهای فنی زیادی وجود دارد که باید انجام شود.
چاپگر CF3D Enterprise با یک مشارکت صنعتی/آکادمیک منحصربه‌فرد بین UIUC و Continuous Composites، Inc عرضه می‌شود. باور گفت که توافق با Continuous Composites لوازم، پشتیبانی فنی و به‌روزرسانی‌های سخت‌افزاری را برای آزمایشگاه او فراهم می‌کند. در عوض، او گفت: “ما بازخورد رایگان و آزاد را در مورد تجربیات خود در مورد تجهیزات به شرکت ارائه خواهیم داد تا آنها بتوانند برای مشتریان آینده خود بهبودهایی ایجاد کنند.”
پروفسور Baur سرپرست آزمایشگاه تولید مواد افزودنی و پردازش کامپوزیت در بخش AE است. او همچنین بخشی از گروه سیستم‌های مواد خودمختار در موسسه بکمن است. پس از بیش از 25 سال در نیروی هوایی، باور سال گذشته به این دانشکده پیوست تا سرپرستی آزمایشگاه تولید مواد افزودنی و پردازش کامپوزیت در گروه مهندسی هوافضا را بر عهده بگیرد. او همچنین بخشی از گروه سیستم‌های مواد خودمختار در موسسه بکمن است.
من چهار یا پنج سال پیش این فناوری را دیدم که آمد. من می‌دانستم که از نظر افزودنی برای پلیمرها کجا هستیم و برایم واضح بود که هرگز خواص مکانیکی لازم برای موفقیت را بدست نمی‌آوریم مگر اینکه به سمت فیبر بسیار بلند یا پیوسته برویم.
باور یک مثال از این که چگونه این فناوری جدید می تواند پایداری را در “قبر” یا در پایان عمر یک قطعه مورد بررسی قرار دهد، توضیح داد. با توجه به دوام بیشتر کامپوزیت های ترموست، بازیابی فیبر گران قیمت از ماتریس رزین و سپس بازیافت یا استفاده مجدد از هر یک دشوار است. به عنوان مثال، سازه های کامپوزیتی بزرگ مانند پره های توربین بادی، عمری 30 ساله دارند و سپس در محل های دفن زباله مدفون می شوند. محققان از طریق یک مرکز با بودجه وزارت انرژی که اخیراً اعطا شده است، به نام RE-MAT و به سرپرستی UIUC از طریق موسسه بکمن، در حال طراحی مولکول‌های رزین هستند که در شرایط مناسب، می‌توانند زیپ را باز کنند تا الیاف قابل بازیافت، رزین قابل بازیافت و هر دو باشد. قابل استفاده مجدد کامپوزیت چاپی افزودنی می‌تواند ارزیابی و توسعه این مواد جدید را تسریع کند و اقتصاد دایره‌ای را برای کامپوزیت‌های ترموست فراهم کند.
باور علاوه بر بریدن روبان تشریفاتی، سمپوزیومی را برای گردهم آوردن رهبران فنی از UIUC، Continuous Composites، آزمایشگاه تحقیقات نیروی هوایی، Arkema، Hexcel، Siemens و Comau هماهنگ کرد.
میزبانی این رویداد کلیدی بود. باور گفت: «این چیزی نیست که دانشگاهیان معمولاً به آن دعوت می‌شوند. اما در سمپوزیوم، ما از دولت، صنعت و دانشگاه مشارکت داشتیم. این راهی برای گرد هم آوردن همه بازیکنان برای بحث در مورد یک دیدگاه مشترک بود. همه دوست داشتند آن را ببینند. این یک لحظه بزرگ برای فناوری بود.»
به گفته باور، چاپگر CF3D Enterprise در تحقیقات در سطوح مختلف مورد استفاده قرار خواهد گرفت: «تصور کنید که یک فیبر جدید، یک تقویت‌کننده جدید، شاید یک فیبر مشتق شده زیستی دارید و می‌خواهید از آن برای ساخت یک کامپوزیت ساختاری استفاده کنید. این دستگاه باید بتواند آن را مدیریت کند. در سطحی کاملاً متفاوت، می‌توانیم از این دستگاه برای ساختن سازه‌های بزرگ مانند نمونه‌های اولیه تونل باد یا سازه‌هایی که می‌توانند در فضا مستقر شوند، استفاده کنیم. وقتی با کامپوزیت های ساختاری چاپ می کنید، نمونه اولیه شما می تواند در سطح عملکردی باشد که برای ساختار نهایی نیاز دارید.”
Baur در حال حاضر تیمی از دانشجویان هوافضا دارد که بر روی پروژه‌های مختلف بر روی سیستم CF3D کار می‌کنند.
او گفت: «ما می‌توانیم در دانشگاه ایلینویز کارهایی را انجام دهیم که هم اساسی است و هم برای صنعت تأثیرگذار است». یکی از دانشجویان من در حال توسعه روش‌های جدیدی برای بهینه‌سازی توپولوژی این ساختارهای چاپی است. یکی در حال کار بر روی کامپوزیت های تغییر شکل با استفاده از طرح های ترکیبی جدید است. دیگری در حال کار بر روی مشخص کردن رزین افزودنی است که کامپوزیت های ترموست قابل بازیافت را فعال می کند. و بیشتر آنها در برخی ظرفیت ها از این دستگاه استفاده خواهند کرد.
در آینده، ما به دنبال مواد جدید، فرمول‌بندی‌های جدید کامپوزیت‌ها، طرح‌های جدید آن کامپوزیت‌ها و کاربردهای جدید برای آن کامپوزیت‌ها، از جمله ساختارهای تطبیقی، و حتی چند منظوره بودن با دستگاه‌های تعبیه‌شده خواهیم بود.»