3D flätade tyger
3D-flätade tyger är tyger i vilka garn löper genom flätan i alla tre riktningar, bildade genom sammanflätning av tre ortogonala uppsättningar garn . Fiberarkitekturen hos tredimensionella flätade tyger ger hög hållfasthet, styvhet och strukturell integritet, vilket gör dem lämpliga för ett brett spektrum av applikationer. 3D-tyger kan produceras via vävning , stickning och icke-vävningsprocesser.
Historia
Tredimensionell flätning är bland de äldsta och viktigaste av textila processer, som omvandlar små naturliga fibrer till mer funktionella former. Tyger som används vid 3D-flätning, såsom rep , har använts sedan 4 000 f.Kr.
1748 initierades patent för de första 3D-flätningsmaskinerna i England. De flesta 3D- flätningsmaskiner på den tiden utvecklades genom att modifiera 2D-flätningsmaskiner. 1767 dök de första flätningsmaskinerna upp i Tyskland som tillverkade tvådimensionella tyger vars egenskaper skilde sig från 3D-tyger. Under 1960-talet utvecklade den amerikanska regeringen, såväl som industriella och akademiska forskare, 3D-flätningsmaskiner för användning vid framställning av förformar av kompositmaterial, såsom kolfiberkompositer .
Egenskaper
3D-flätor visar förbättrade mekaniska och strukturella egenskaper. En viktig egenskap hos 3D-flätor är deras förmåga att bilda en mängd olika komplexa former; den direkta tillverkningen av komplexa strukturella former hjälper till att eliminera processen att skära för att bilda fogar, överlappningar och skarvar. 3D-flätade tyger har hög vridningsstabilitet och strukturell integritet.
Tillverkningstekniker
En spårplatta hålls i botten av maskinen. Paket, som levererar axiellt garn, hålls under spårplattan. Spolar är monterade på hållaren, som skjuts av hornväxlar över spårplattan. Flätgarn matas från dessa bobiner. Den relativa rörelsen mellan flätgarnen och det axiella garnet bestämmer mönstret och strukturen på flätan. 3D-flätningsprocessen är en mindre modifiering av 2D-flätningsprocessen, där de stående ändarna läggs till de flätgarn som rör sig. De viktigaste 3D-flätningsteknikerna diskuteras nedan.
Cirkulär flätning och överflätning
Vid cirkulär flätning rör sig bobinerna (med motsatta rotationsriktningar) i två koncentriska banor. De två omloppsbanorna interfererar för att bilda fasade sinusformade svängningar som bestämmer trådens mönster och korsningspunkt. Vid denna korsningspunkt ändrar bobinerna sin bana för att producera flätans övre och inre sida. I allmänhet producerar den cirkulära flätningsprocessen flätor med rotationssymmetri . Överflätningsprocessen följer samma princip som den cirkulära flätningsprocessen, men den enda modifieringen är att korsningspunkten är placerad i mitten.
Fyrstegs flätningsprocess
I denna process rör sig bobinerna på X- och Y-axlarna, som är ömsesidigt vinkelräta mot varandra. I varje steg rör sig bobinerna till den närliggande korsningspunkten i båda axlarna och i båda riktningarna och stannar under ett visst tidsintervall. Grundläggande arrangemang av flätfältet erhålls efter minst fyra steg. Denna metod ger flätor som har ett konstant tvärsnitt.
Tvåstegs flätningsprocess
I tvåstegs flätningsprocessen rör sig bobinerna kontinuerligt utan att stanna. De rör sig på spårplattan genom hela strukturen och runt de stående ändarna, så att spolernas rörelser är snabbare jämfört med den fyra-stegs flätningsprocessen. Spolarna kan bara röra sig i två riktningar, så processen kallas tvåstegs flätningsprocessen.
3D roterande flätning
3D-roterande flätningsprocessen består av basplattor med hornväxlar och mobila spolar anordnade på dem. Omkopplare används för att styra positionen för gängorna och hornväxlarna.
Tillämpningar av 3D-flätade tyger
3D-flätade tyger har funnits i områden som medicin, flyg , bilar, tågkomponenter och förstärkta slangar. Den första utvecklingen av 3D-flätade tyger kom från komposit- och medicinindustrin. 3D-flätade tyger kan tillverkas i otaliga varianter av tvärsnitt, och deras nästan nätkomplexa former gjorde det möjligt att designa mycket specialiserade produkter för båda industrierna. I helikoptrar tillverkas typiska strukturella komponenter som balkar, sandwichstrukturer, ramar och paneler med hjälp av 3D-flätade profiler. På liknande sätt används 3D-tyger för att tillverka komplexa balkstrukturer och golvpaneler i personbilar. För tågkonstruktioner inkluderar olika komponenter tillverkade av 3D-flätade profiler takpanel, interiörkomponenter, sidopaneler och karosskonstruktioner.
I medicin
Inom den medicinska industrin kan 3D-flätade tyger användas i stentgraft , bifurkerade stentar, arm- och benproteser och flätade suturer . Kirurger använde initialt två separata implantatprocedurer för bifurkationsstenosbehandling, vilket var tidskrävande. Med tillkomsten av 3D-flätat tyg producerades flera cirkulära dendritflätor för bifurkationsstenosbehandling, vilket är flexibelt och mindre tidskrävande. Med flera rörformade flätade strukturer kan olika kardiovaskulära implantat tillverkas.
Vid tillverkning av armerad komposit
Flätning är en unik teknik för att producera kompositer med hög volym, men ändå till låg kostnad. Med 3D-flätat tyg som förstärkning kan komplexa former tillverkas billigt. De 3D-flätade förstärkta kompositerna uppvisar också hög delamineringsbeständighet .