Investigation of Fiber Orientation of Fused Filament Fabricated CFRP Composites via an External Magnetic Field

材料科学 复合材料 极限抗拉强度 纤维 复合数 熔丝制造 制作 磁场 碳纤维增强聚合物 模数 纤维缠绕 聚乳酸 方向(向量空间) 聚合物 几何学 病理 替代医学 物理 医学 量子力学 数学
作者
Haoran Zhang,Kaifeng Wang
出处
期刊:Journal of Manufacturing Science and Engineering-transactions of The Asme [ASM International]
卷期号:146 (7)
标识
DOI:10.1115/1.4065354
摘要

Abstract For carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) composites, controlling the interior fiber distribution and orientation during the manufacturing process is a common approach to optize the structural performance of fabricated parts. However, few studies have been conducted to investigate fiber alignment during the additive manufacturing of CFRP composites. This study proposes a magnetic field controlled (MFC) method to control the fiber orientation during the fused filament fabrication (FFF) of nickel-coated carbon fiber (NCF) reinforced polymer composites. Firstly, a theoretical analysis model is established to explore the suitable magnetic field intensity for fiber rotation. Secondly, a customized FFF system with MFC components is implemented, and a polylactic acid matrix composite containing 10 wt% NCF is printed to validate the feasibility of the proposed approach. The microstructure of the printed samples is examined to assess the effectiveness of the method. Finally, uniaxial tensile tests are performed to investigate the impact of fiber orientation adjustment on mechanical properties. The experimental results reveal that the MFC method can effectively align the interior fiber orientation of CFRP composites, leading to a significant increase in the tensile strength (approximately 8.8%) and Young's modulus (around 10.5%) of the printed samples.

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