3B baskılı kompozit takımların ısıl genleşme katsayısının kompozit sargılı basınçlı tanklar için ayarlanması

Kürlenebilir bir kompozit ile takım malzemesi arasında oluşabilecek ısıl uyumsuzluklar, kürlenmiş ürünün geometrik hassasiyetini ve yapısal bütünlüğünü olumsuz yönde etkileyebilmekte, düşük kaliteye veya daha da kötüsü, düşük patlama basıncı performansına yol açabilmektedir. Takım malzemesinin ısıl genleşme katsayısının (IGK), örneğin INVAR veya seramik (ilgili IGK aralıkları sırasıyla 0,5-2 ve 0-10 µm/mºC) kullanılarak mümkün olduğunca düşük tutulması, uygulanmış çözümlerdendir. Ancak hem bu tür malzemelerin maliyetlerinin yüksek, hem de kürlenmiş kompozitin kalınlık boyunca IGK'sının (elyaf ve reçine tiplerine bağlı olarak yaklaşık 30-42 µm/mºC) takımlarınkinden önemli ölçüde farklı olabilmesi, alternatif çözümler gerektirmektedir. Bu tezde yapılan çalışmalar, sürekli cam elyaf takviyeli kırpık mikro karbon fiber dolgulu termoplastiğin 3B yazdırılmasıyla, kompozitlerin kalınlık boyunca IGK'larıyla (KB-IGK) uyumlu IGK'lara sahip, düşük maliyetli ve sökülebilir mandrellerin üretilebileceği ve bunların yüksek performanslı kompozit sargılı basınçlı kap üretiminde kullanılabileceği varsayımı etrafında planlanmıştır. Baskı yönleri, iç örgü desenleri ve takviye dağılımlarına göre değişiklik gösterecek şekilde tasarlanmış sekiz numuneden üç tanesi, TMA analizi, üç noktadan eğme testleri ve yoğunluk hesaplamaları sonuçlarına göre mandrel üretimi için uygun bulunmuştur. İki tanesi takviyesiz izotropik katı (S) ve üçgen (T) iç örgü desenli ve üçüncüsü beş eşmerkezli halka (S-I-5) ile güçlendirilmiş izotropik iç örgü desenli olmak üzere mandreller basılmış ve kompozit tanklar üretilmiştir. Kompozit sargılı basınçlı tankların tipik KB-IGK'sına göre seçilen diğer örneklerden daha yüksek bir IGK'na sahip olan T, aynı zamanda en düşük maliyetli alternatif olmuş ve patlama performansında en yüksek artışı (%50) sağlamıştır. Bu çalışma, hassas, uygun maliyetli, hızlı ve ölçeklenebilir kompozit takım üretimi için gereken tasarım ve malzeme seçim ilkelerini ortaya koymuştur.