Профессор Клаус Фридрих, приглашенный редактор данного спецвыпуска, посвященного аддитивному производству полимеров, скончался в конце мая 2021 года. Его смерть, несомненно, является большой потерей для международной композитной промышленности.Как известный специалист по композитным материалам, профессор Фридрих опубликовал множество статей, книг и монографий и стал одним из самых цитируемых исследователей в мире. В 2005 году международным объединенным комитетом он был признан «Мировой личностью». Самым увлекательным, что я узнал от него в течение многих лет, был его дух непрерывных исследований и инноваций, который позволял ему активно работать в новейших академических кругах. Помимо выдающихся научных достижений, профессор Фридрих был также хорошо известен своими управленческими и лидерскими способностями. Он внес большой вклад в международную репутацию Института композитных материалов. С 1990 по 2006 год он занимал должность директора по исследованиям материаловедения в Университете Кайзерслаутерна (IVW) в Германии и почетного профессора в 2006 году.

На моей памяти профессор Фридрих – очень добрый и щедрый джентльмен, всегда готовый позаботиться о других. Например, во время моего исследования в IVW в 90-х годах 20 века он в полной мере оказал мне помощь во всех аспектах, чем он меня согрел. С тех пор я получал от него ценные советы и всегда был за них благодарен.В 2017 году он любезно согласился написать статью под названием «Полимерные композиты для трибологического применения» (https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2018.05.001) для первого выпуска журнала «Advanced Industrial and Engineering Polymer Research». Данная статья была крайне важна для успешного развития нового журнала. В прошлом году он пообещал пригласить ведущих экспертов в области 3D-печати из разных стран для организации этого спецвыпуска, чтобы своевременно отразить одну из передовых разработок в области полимерной инженерии. Еще в конце марта 2021 года он общался с редакцией по некоторым техническим вопросам. Его энтузиазм в работе, индивидуальность и обаяние по-прежнему остаются с нами.

К сожалению, профессор Фридрих не смог увидеть публикацию спецвыпуска, но при сильной поддержке его друзей и коллег спецвыпуск будет опубликован в соответствии с графиком. Данный сборник включает в себя шесть заказных статей и две приглашенные статьи. Темы включают подготовку сырья для 3D-печати, разработку новых методов производства, влияние условий обработки и их применение в различных аспектах, и представлены в форме исследовательских статей и обзоров. Читатели могут получить общее представление об этой захватывающей области за относительно короткое время.

Наконец, я хотел бы воспользоваться этой возможностью, чтобы поблагодарить всех авторов и посвятить эту статью профессору Фридриху в знак моей признательности и памяти.

Непрерывное производство решеток – это недавно внедренный метод аддитивного производства армированных волокном термопластичных композитов, который позволяет наносить материал там, где это необходимо. Успех данной технологии заключается в печатающей головке. Перед экструзией материала неконсолидированные композиты, армированные непрерывным волокном, осаждаются вне плоскости через экструзионную головку без использования опорной конструкции.Однако самые современные композитные материалы, такие как смешанная пряжа, имеют ограничения с точки зрения достижимого качества материала и размера компонентов из-за их основной волокнистой структуры, то есть смеси термопластичного волокна и армированной нити.Гибридные двухкомпонентные волокна преодолевают эти ограничения, поскольку каждое армирующее волокно по отдельности обернуто термопластичной оболочкой. Так можно избежать трудоемких этапов пропитки волокна, которые отрицательно скажутся на содержании пор и качестве материала.

В этом исследовании сравнивали качество склеивания гибридного двухкомпонентного волокна и коммерческой гибридной пряжи при различных условиях обработки. Настоящая статья знакомит с испытанием на пултрузию поликарбонатных композитных профилей диаметром 5 мм и содержанием стекловолокна 50-60% при различных степенях заполнения матрицы, температуре матрицы и скорости пултрузии. Результаты показывают, что пултрудаты, полученные из гибридных двухкомпонентных волокон, имеют более низкое содержание пустот, чем пултрудаты, полученные из смешанных нитей в тех же условиях. По нашим оценкам, это вызвано различием в механизме консолидации, который в случае гибридных двухкомпонентных волокон определяется слиянием термопластичных оболочек по сравнению с дарсианской консолидацией смешанных нитей с преобладанием потока.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE) обладает уникальными свойствами, но его скорость течения расплава (MFR) является чрезвычайно низкой – около нуля, и не подходит для обработки стандартными полимерными методами. Настоящая работа направлена на изучение трибологических свойств двухкомпонентных композитов на основе UHMWPE с различным содержанием полипропилена. Композитные материалы получают тремя способами: а) горячим прессованием порошковой смеси; б) термическим прессованием частиц; в) 3D-печатью (FDM). Результаты показывают, что композитные материалы на основе UHMWPE, полученный путем экструзионного компаундирования (термическое сжатие частиц и 3D-печать), превосходит порошковую смесь горячего прессования с точки зрения механических и фрикционных свойств (сопротивление трению, коэффициент трения, модуль Юнга и предел текучести). С точки зрения сохранения высоких фрикционных и механических свойств и необходимой скорости течения расплава (MFR) в широком диапазоне нагрузок наиболее эффективным является композитный материал «UHMWPE+20%PP». Рекомендуется в качестве сырья для изготовления композитных фасонных изделий (узловых частей) ортопедических узлов трения.

Лазерное спекание полимеров (LS) – это одна из наиболее перспективных технологий аддитивного производства, так как с ее помощью можно изготавливать сложные конструкционные элементы с высокими механическими свойствами без необходимости в дополнительных опорных конструкциях. Полукристаллические термопласты, предпочтительно LS, необходимо обрабатывать в определенном температурном диапазоне поверхности, чтобы материал существовал как в расплавленном, так и в твердом состоянии. Согласно наиболее распространенным режимам обработки такие высокие температуры могут поддерживаться на протяжении всего этапа строительства. При текущем уровне развития технологий это приведет к большому времени охлаждения и задержке готовности элементов.

С помощью метода адаптации к процессу, полевых экспериментов и численного моделирования настоящая статья доказывает, что стратегии адаптивной обработки материалов, основанные на углубленном понимании модели, могут преодолеть данный недостаток. Эти стратегии основаны на том факте, что полиамид 12 начинает кристаллизоваться и затвердевать в нескольких слоях ниже поверхности порошкового слоя в условиях высокой температуры и квазиизотермической обработки.Таким образом, характеристики изотермической кристаллизации и отверждения анализируются с помощью характеристики материала, адаптированного к процессу. Анализируется влияние температурного поля на сечение, количество слоев и параметры обработки деталей при лазерной обработке, и соотносится с характеристиками деталей после обработки. Кроме того, возможность гомогенизации тепловых записей деталей за счет управления охлаждением детали может быть улучшена с помощью моделирования.Автор указывает, что характеристики отверждением, связанные с материалом, следует рассматривать как функцию геометрических и связанных со слоями температурных полей, и доказывает основное влияние на свойства материалов и деталей. Из этих результатов видно, что процесс лазерного воздействия новой стратегии обработки и контроль температуры формовочной камеры в направлении z могут ускорить процесс LS и обеспечить раннюю доступность более однородных характеристик детали.

Локально изгибаемые твердые пластины изготавливаются за одну операцию 3D-печати с использованием одного материала – короткого пластика, армированного углеродным волокном (CFRP). Локально изгибаемые пластины CFRP состоят из твердых и изгибаемых частей, которые бесшовно соединяются в двухступенчатую структуру внахлест.Гибкие части имеют параллельную поперечную структуру, а твердые части имеют структуру 100% заполнения. Характеристики изгиба конструкции с параллельным поперечным сечением можно контролировать, изменяя угол луча. По сравнению со сплошной пластиной жесткость на изгиб снижена почти на 98%.Испытания на циклический изгиб показывают, что локально изгибаемые пластины CFRP имеют обратимую деформацию изгиба. Жесткость на изгиб снижается примерно на 8-14%. Однако явных повреждений не наблюдалось даже после 100 деформаций изгиба.

Производство предохранителей (FFF) – технология аддитивного производства, при которой плавкий предохранитель наносится на ранее установленный предохранитель или рядом с ним контролируемым образом, что приводит к созданию конструктивных деталей. Целью данного исследования является использование напечатанной однослойной пленки для характеристики степени соединения плавлением между отдельными нитями, что полезно для понимания взаимосвязи между свойствами,  структурой и процессом, и оптимизации параметров процесса, участвующих в процессе FFF (т. е. скорости осаждения и температуры экструзии). Для хрупкой полимолочной кислоты (PLA) и пластичного полипропилена (PP) были изготовлены однослойные образцы на растяжение с двухсторонним надрезом (DENT) с острыми трещинами, параллельными направлению осаждения, с использованием различных температур экструзии (от 200°C до 260°C) и скорости наплавки (от 30 мм/с до 90 мм/с).Были охарактеризованы вязкость разрушения (Kc), определяемая как критический коэффициент интенсивности напряжений при критической нагрузке для хрупкого разрушения PLA, и удельная существенная работа разрушения (We) как показатель вязкости разрушения для пластичного разрушения PP. Результаты показывают, что этот метод оказался эффективным инструментом для определения влияния параметров процесса на соединение сплавлением в процессе FFF, демонстрируя высокую чувствительность трещиностойкости. Будь то Kc PLA или We PP, могут быть достигнуты степени сплавления и связывания между моноволокнами.