In-situ habosított maganyaggal rendelkező 3D nyomtatott polimer kompozitok fejlesztése és szerkezetének vizsgálata

Pályázat összefoglalója

A pályázat célja olyan additív gyártástechnolóigával előállított kompozit szendvicsszerkezetek fejlesztése és vizsgálata, amelyekben a szálerősített héjréteg és a porózus szerkezetű, habosított magréteg egy lépésben, szálolvasztásos 3D nyomtatással kerül előállításra. A projekt keretében elsődleges célunk a szálhosszeloszlás, az erősítőszáltartalom, valamint az újrahasznosított szálak alkalmazásának hatásának vizsgálata különböző típusú mátrixanyagokban, továbbá a rövid és hosszú szálas erősítés hatásainak feltérképezése. Emellett célunk in-situ habosodó filamentek fejlesztése, amely során vizsgáljuk a különböző kémiai és fizikai hatáselven működő habképzőszerek alkalmazhatóságát, különös tekintettel a hő hatására expandálni képes mikrogyöngyökkel töltött biopolimer alapú filamentekre. A kutatás során elemezzük a nyomtatási paraméterek – mint például a hőmérséklet, nyomtatási sebesség és rétegvastagság – hatását a habosodás dinamikájára és a kialakított cellaszerkezeti jellemzőkre (cellaméreteloszlás, cellasűrűség). A nyomtatási beállítások optimalizálásával olyan cellaszerkezetek érhetők el, amelyek hozzájárulnak a habszerkezet mechanikai tulajdonságainak javításához és az energiaelnyelő képesség fokozását. Ezen ismeretek alapján lehetőség nyílik a keresztmetszet mentén szabályozottan változó porozitású, funkcionális szerkezetek előállítására, amelyek nemcsak nagy energiaelnyelő képességet biztosítanak, hanem a szerkezet egyéb mechanikai tulajdonságait (pl. merevség, szilárdság) is kedvező irányba változtatják. Ezáltal olyan egyedi, testreszabott megoldásokat hozhatunk létre, amelyek különböző ipari igényeknek felelnek meg, például a gépjárműiparban, ahol fontos a könnyű, de erős szerkezetek alkalmazása, az orvostechnikában, ahol gyakori a porózus szerkezetek csontpótló anyagként való alkalmazása, vagy a sportszergyártásban, ahol a védőfelszerelések ütéscsillapítási hatékonyságának növelése áll a középpontban. Az újrahasznosított szálak használata, valamint a célzott porozitással történő tömegcsökkentés és az ezzel párhuzamos funkcionalitásjavítás hozzájárul az ökológiai lábnyom csökkentéséhez is.

Pályázat eredményei

Pályázat támogatásával megjelent közlemények

1. 
   Tóth Cs., Molnár K., Virág Á. D.: Short fiber reinforcement in material extrusion 3D printing: A meta-analysis review with insights into sustainable alternatives. Polymer Composites, , 1-39 (2025) https://doi.org/10.1002/pc.29850 IF=4.8 Q1
2. 
   Tóth Cs., Ilinyi B., Kovács L.: Layer-level constitutive material model for representing non-linear stress-strain relationships in continuous carbon fiber-reinforced 3D-printed composites. Polymer Testing, 146, 108794/1-108794/1-12 (2025) https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2025.108794 IF=5 D1
3. 
   Tóth Cs., Lukács N. L., Kovács N. K.: The role of the fiber–matrix interface in the tensile properties of short fiber–reinforced 3D-printed polylactic acid composites. Polymer Composites, , 14 (2024) https://doi.org/10.1002/pc.28720 IF=4.8 Q1
4. 
   Tomin M., Lukács N., Berezvai Sz.: Development of density-graded sandwich structures with in-situ foaming filaments in additive manufacturing. in 'FOAMS 2024 King of Prusia. 2024.09.17-2024.09.20.,7 (2024)