복합 3D 프린팅으로 항공우주 및 건설 분야의 손상 감지 가능

Brightlands Materials Center(네덜란드 겔린)는 자가 감지 기능이 있는 3D 인쇄 복합 부품을 개발했습니다. 자가 감지는 항공 우주, 건설 및 의료와 같은 분야에서 중요한 구조를 모니터링할 수 있는 기회를 제공합니다.

자기 감지란 무엇입니까?

자가 감지는 재료가 센서 역할을 하고 자체 상태에 대한 정보를 수집하는 능력입니다. 탄소 섬유 강화 폴리머 매트릭스 복합 재료는 연속 섬유의 전기 저항에서 측정 가능한 변화를 기반으로 자체 감지 기능을 제공하는 것으로 이미 확립되어 있습니다. 이러한 재료는 항공기 및 교량 및 건물을 포함한 건설 애플리케이션의 구조적 상태 모니터링(SHM)을 위해 개발 및 시연되고 있습니다.

전통적으로 이러한 자가 감지 복합 재료는 여러 단계, 더 복잡한 작업 및 특수 장비를 포함하는 기술을 사용하여 제조되었습니다. Brightlands Materials Center는 연속 탄소 섬유의 자체 감지와 적층 제조를 사용한 제작을 결합하여 SHM 응용 프로그램을 보다 비용 효율적으로 만들고 새로운 응용 프로그램으로 더 폭넓게 사용하고 확장할 수 있도록 합니다.

연속 섬유 3D 프린팅이 새로운 지평을 열다

적층 제조는 연속 탄소 섬유의 매우 정확한 위치 지정 및 방향을 가능하게 합니다. 따라서 제품 내부의 선택된 위치에 섬유를 배치하여 지정된 하중 경로를 따라 필요한 강도와 강성을 제공하고 구조의 통합 부분을 형성하는 것이 가능합니다. 이는 탄소 섬유가 구조를 모니터링하기 위한 "센서" 역할을 하는 데 필요한 위치에 위치하며 여러 섬유가 부품 전체에 걸쳐 다양한 센서를 형성할 수 있음을 의미합니다.

Brightlands 재료 센터는 보행자 복합 다리의 축척 모델과 단순한 굽힘 빔에서 변형을 모니터링하여 이 개념을 시연했습니다. 둘 다 Anisoprint(룩셈부르크 Esch-sur-Alzette) Composer A4 복합 3D 프린터로 인쇄했습니다. Brightlands Materials Center의 연구 엔지니어인 Guy Bex는 "우리는 새로운 Anisoprint 시스템에 특히 만족합니다. 왜냐하면 이 시스템이 인쇄 재료 선택의 자유도가 높고 섬유 증착의 완전한 제어를 제공하기 때문입니다."라고 말했습니다. 모니터링에 사용되는 전자 하드웨어에 연결하려면 연속 탄소 섬유가 부품에서 튀어나와야 하기 때문에 섬유 배치의 자유도 감지에 중요합니다.

더 정확한 3D 프린팅 결과

3D 프린팅은 도구나 금형이 필요하지 않기 때문에 더 복잡하고 시간이 많이 걸리며 비용이 많이 드는 기존의 다단계 기술을 대체하여 모든 모양의 연속 섬유 강화 복합 재료를 생산하는 1단계 프로세스를 제공합니다. 그러나 3D 인쇄 구조의 제조 프로세스를 최적화하려면 여러 번 반복해야 할 수 있습니다. 자체 감지하는 3D 인쇄 복합 재료는 실제 사용 환경에 대한 정보를 수집할 수 있으며, 이는 신제품의 설계 및 프로토타입 단계에서 중요합니다.

이러한 테스트 중에 자가 감지 3D 인쇄 부품은 서비스에서 경험한 실제 조건과 힘을 등록하므로 설계자와 엔지니어는 인쇄 부품이 견뎌야 하는 실제 요구 사항을 보다 정확하게 이해할 수 있습니다.

이러한 감지를 통해 부품이 진단 도구 역할을 할 수도 있습니다. 예를 들어, 3D 인쇄된 자가 감지 보조기 또는 의지 부품은 환자를 안내하고 스트레스 분포 및 움직임 패턴에 관한 귀중한 정보를 의사에게 제공할 수 있습니다.

연구 파트너

Brightlands Materials Center는 응용 과학 연구 TNO(헤이그)와 Limburg 지방을 위해 네덜란드 기구가 설립한 독립적인 연구 센터입니다. 강력한 응용 프로그램 중심으로 산업 혁신을 지원하고 3D 인쇄된 자체 감지 복합 재료에 대한 연구 로드맵을 포함하여 전담 계약 연구 및 참여를 제공합니다.

Anisoprint는 연속 섬유 3D 증착을 통해 최적의 복합 구조를 설계 및 생산하는 기술인 isoprinting의 발명가입니다. 이 회사는 과학자들이 보다 새롭고 효과적인 방법으로 연구 문제를 해결하고 제조 회사가 비용을 절감할 수 있도록 돕기 위해 3D 프린터, 재료(탄소 및 현무암 섬유 기반) 및 이소인쇄된 복합 부품 생산용 소프트웨어를 제조합니다.