Przy wielu zaletach technologii FDM, jedną z wad, szczególnie uciążliwą w przypadku technicznych wydruków 3D, jest niska wytrzymałość mechaniczna. Projektując element można w pewnym stopniu zaplanować w jaki sposób ulegnie zużyciu lub zepsuciu, jednak w aplikacjach, gdzie priorytetem jest długa żywotność części, konieczne może być wzmacnianie wydruków przez korzystanie z specjalistycznych materiałów.
Własny pomysł na tworzenie bardziej wytrzymałych wydruków 3D przedstawili naukowcy US Army. Zgodnie z ich koncepcją, rozwiązaniem problemu niskiej wytrzymałości może być materiał złożony z więcej niż jednego polimeru. Filament ich pomysłu to połączenie dwóch rodzajów materiału, z czego jeden stanowi rdzeń, a drugi osnowę.
Według zapewnień, materiały te mogą z powodzeniem być wykorzystywane do druku 3D wysoko obciążonych elementów na niskobudżetowych, desktopowych drukarka 3D. To rozwiązanie, teoretycznie, może umożliwić wytwarzanie elementów do specjalistycznych zastosowań, zgodnych z rygorystycznymi wymaganiami nawet w warunkach polowych operacjach wojskowych.
Jak mówi Eric D. Wetzel, koordynujący badania nad materiałami kompozytowymi w centrum badawczym US Army, opracowanie materiału, który posiada podwyższone właściwości mechaniczne, a jednocześnie nie wymaga specjalistycznego sprzętu do wytwarzania to swoisty przełom. Dla zastosowań militarnych optymalnym rozwiązaniem byłaby możliwość druku 3D w terenie, lecz dotąd wytwarzanie przyrostowe wytrzymałych części wymagało dużych maszyn przemysłowych.
W swojej publikacji naukowcy skupili się na technologii FFF i tworzeniu materiałów przystosowanych do tej metody wytwórczej. Proces tworzenia filamentu obejmuje następujące etapy:
- drukowanie 3D wkładu (ang. preform) z użyciem dwóch równych materiałów do tworzenia rdzenia i osnowy – prezentowany przez naukowców przykład składa się z ABS oraz poliwęglanu,
- formowanie filamentu z preformy, wykorzystując proces ciągnienia termicznego. Tworzenie filamentu odbywa się z wykorzystaniem pilotażowej linii produkcyjnej, wyposażonej m.in. w podstawowy system pomiaru średnicy.
Tak przygotowany filament można wykorzystać do druku 3D, tak jak standardowe materiały. Twórcy zaznaczają, że gotowy element należy poddać wyżarzaniu w piecu, aby lepiej scalić materiały wchodzące w skład filamentu.
Zdaniem twórców, opracowane przez nich rozwiązanie, pozwala wykonywanym wydrukom 3D konkurować pod względem wytrzymałości z elementami z formy wtryskowej. Dodatkowo, łatwiejszy dostęp do wytrzymałych wydruków 3D łączy się z krótszym czasem oczekiwania, redukując go z tygodni do godzin. Projekt jest nadal rozwijany i optymalizowany – obecnie trwają prace nad zredukowaniem czasu wyżarzania nawet do kilku godzin.
Badania nad tworzeniem wytrzymałych materiałów do druku 3D opisano w publikacji „Tough, Additively Manufactured Structures Fabricated with Dual‐Thermoplastic Filaments„, która pojawiła się w najnowszym wydaniu czasopisma naukowego Advanced Engineering Materials.
Źródło: 3dprintingmedia.network