در اين اختراع چاپ سه‌بعدي الياف پيوسته با طراحي و ساخت يك نازل تك‌راه‌گاه، انجام شده است. طراحي و ساخت نازل شامل سه بخش است، اول ايجاد يك ناحيه مخروطي در قسمت انتهايي داخل نازل جهت ايجاد حوضچه آغشته‌سازي مذاب، دوم قراردادن پوشش‌تفلوني درون نازل براي جلوگيري از اصطكاك الياف با ديواره‌نازل و سوم ساخت نازل سرپهن براي ايجاد مكانيزمي مشابه اتوكردن، جهت بهبود چسبندگي و كمك به استقرار مناسب الياف در مسيرموردنظر. درصورت استفاده از الياف ‌آغشته‌شده، مرحله پيش‌آغشته‌سازي مي‌تواند به طور هم‌زمان با چاپ انجام‌شود. دراين‌روش انواع الياف مانند كربن، شيشه، كولار، الياف طبيعي و غيره با عبور از حمام مذاب يا محلول‌پليمري قبل از ورود به نازل آغشته مي‌شود. زمينه نمونه‌هاي كامپوزيتي چاپ‌شده با اين‌روش مي‌تواند از جنس انواع پليمرهاي گرمانرم مانند اكريلونيتريل‌بوتادي‌ان استايرن ، پلي‌لاكتيك ‌اسيد ، نايلون ، پلي‌اتر‌اتر‌كتون و غيره باشد. ويژگي منحصربه‌فرد اين روش، توليد كامپوزيت‌هاي حاوي الياف پيوسته با درصد حجمي دلخواه الياف، با الگو و ابعاد مورد نظر با روش چاپ سه‌بعدي و نيز بهبود چشمگير چسبندگي ميان الياف و زمينه و كيفيت ظاهري مناسب چاپ است. همچنين نتايج آزمون‌هاي كشش، خمش و برش، بهبود چشمگير خواص مكانيكي نمونه‌هاي چاپ‌شده را نشان مي‌دهد.

چند لايه¬هاي فلز/ كامپوزيت از لايه¬هاي فلزي و لايه¬هاي ساخته شده از كامپوزيت¬هاي اليافي تشكيل شده¬اند و به دليل ويژگي¬هاي مكانيكي خوب كه تلفيقي از خواص مكانيكي مناسب فلزها و كامپوزيت¬هاست،كاربرد وسيعي در صنايع، به ويژه صنايع هواپيما سازي پيدا كرده¬اند. دليل اصلي رشد سريع استفاده از چند لايه¬هاي فلز/كامپوزيت به عنوان جايگزين ورق‌هاي آلومينيوم يكپارچه كه در ساخت بدنه هواپيما استفاده مي‌شود، مقاومت خستگي و مقاومت به ضربه بسيار خوب اين چند لايه‌ها است. اما يكي از مشكلات عمده اين مواد، جدايش لايه‌ها در هنگام اعمال بار است. اهميت اين موضوع در آن است كه اين چند لايه‌ها تا جايي قابليت تحمل بارهاي مكانيكي را از خود نشان مي‌دهند كه تمامي لايه‌ها به عنوان يك سازه يكپارچه در كنار يكديگر باشند و با شروع لايه لايه شدگي، كه اغلب اولين مد خرابي است، استحكامشان به شدت كاهش مي‌يابد. از اين رو لازم است تا روشي براي تقويت اتصال فلز با كامپوزيت به كار گرفته شود تا موجب افزايش استحكام چند لايه فلز/ كامپوزيت گردد. هدف اين اختراع معرفي فرايندي جديد براي اصلاح سطح ورق آلومينيوم به منظور بهبود چسبندگي به لايه كامپوزيتي در چند لايه‌هاي آلومينيوم/ كامپوزيت شيشه- اپوكسي مي‌باشد. اين فرايند به اختصار شامل مراحل چربي زدايي، استفاده از محلول قليايي، استفاده از محلول اسيدي و استفاده از يك لايه پوشش از جنس سيلان بر روي لايه آلومينيومي مي‌باشد. ساخت چند لايه آلومينيوم/ كامپوزيت شيشه- اپوكسي نيز با استفاده از روش لايه چيني دستي و پخت تحت دما و فشار كنترل شده انجام مي‌شود.

چندلايه‌هاي فلز/ كامپوزيت از لايه‌هاي فلزي و لايه‌هاي ساخته شده از كامپوزيت‌هاي اليافي تشكيل شده‌اند و به دليل ويژگي‌هاي مكانيكي خوب كه تلفيقي از خواص مكانيكي مناسب فلزها و كامپوزيت‌ها است، كاربرد وسيعي در صنايع، به‌ويژه صنايع هواپيماسازي پيدا كرده‌اند. دليل اصلي رشد سريع استفاده از چندلايه‌هاي فلز/كامپوزيت به‌عنوان جايگزين ورق‌هاي آلومينيوم يكپارچه كه در ساخت بدنه هواپيما استفاده مي‌شود، مقاومت خستگي و مقاومت به ضربه بسيار خوب اين چندلايه‌ها است. در روش مرسوم و فعلي توليد چندلايه‌هاي فلز/ كامپوزيت، لايه‌هاي فلزي و لايه‌هاي پيش آغشته با روش لايه‌چيني دستي با توجه به طراحي انجام شده در كنار يكديگر قرار مي‌گيرند و پروسه پخت با استفاده از اتوكلاو يا پرس در دما و فشار مناسب انجام مي‌شود. زمان طولاني، هزينه بالاي ساخت و محدوديت ابعاد به‌واسطه استفاده از اتوكلاو يا پرس موجب گرديده كه پژوهشگران و صنايع بهره‌بردار به دنبال دستيابي به روش مناسب ديگري باشند. در طرح حاضر تدوين دانش فني توليد اين چندلايه‌هاي آلومينيوم/ الياف شيشه با استفاده از روش تزريق در خلأ (VIP) مدنظر مي‌باشد. استفاده از اين روش سرعت توليد را كه يكي از مهم‌ترين پارامترهاي ساخت قطعات بزرگ است، كاهش داده است.

امروزه كامپوزيت هاي لايه اي فلز - الياف به واسطه دارا بودن خواص مكانيكي خوب و وزن كم بسيار مورد توجه طراحان، به ويژه در صنايع هوا فضا قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر، نمونه هاي كامپوزيتي آلومينيم - شيشه به روش لايه گذاري دستي ساخته شد و اثر تغيير زاويه الياف چگونگي لايه گذاري و مقاومت به ضربه آنها به طور عملي مورد بررسي قرار گرفت. نمونه ها طبق استانداردASTM D256-93a ويژه پلاستيك ها و استانداردASTM E23-01 كه براي فلزات است. در دو اندازه كوچك و بزرگ تهيه و در دو دستگاه آزمون ضربه با ظرفيت انرژي كم و زياد آزمايش شدند. نتايج حاصل از آزمون ضربه چارپي نشان مي دهد كه وجود لايه كامپوزيتي با زاويه الياف صفر درجه خواص ضربه اي را به شدت بهبود مي بخشد. از سوي ديگر، محل قرارگيري لايه ها نيز بسيار مهم است. درباره جنس لايه ها نيز مي توان گفت وجود لايه هاي آلومينيومي بيش از لايه هاي كامپوزيتي خواص مكانيكي را بهبود مي بخشد و نيز مقدار جذب انرژي نمونه ها در دستگاه با ظرفيت انرژي زياد، بيشتر از مقدار انرژي جذب شده در دستگاه با ظرفيت انرزي كم است.

اكسترودر يكي از بخش هاي اصلي پرينترهاي سه بعدي FDM مي باشد، كه به عنوان هد پرينتر در سر دستگاه قرار دارد و مواد از طريق آن خارج شده و محصول مورد نظر ساخته مي شود؛ اما مشكلي كه وجود دارد اين است كه، مواد اوليه قابل استفاده در اين دستگاه ها بايستي به شكل رشته يا فيلامنت باشند؛ به همين دليل از پلميرهايي ترموپلاستيكي كه فيلامنت آنها وجود ندارد يا ساخت فيلامنت آنها دشوار است استفاده نميشود و اين موضوع سبب شده تا حتي با گسترش پرينترهاي سه بعدي و مواد جديد مانند مواد كامپوزيتي، همچنان تنوع كمي در مواد اوليه دستگاه هاي پرينتر سه بعدي FDM وجود داشته باشد؛ به همين خاطر براي حل اين مشكل، در اختراع حاضر به طراحي و ساخت يك دستگاه اكسترودر گرانولي به عنوان هد پرينتر سه بعدي با قابليت مخلوط كردن همزمان الياف و گرانول براي ساخت افزايشي كامپوزيت هاي تقويت شده با الياف طبيعي كوتاه، بدون نياز به ساخت فيلامنت پرداخته ايم. در اين دستگاه الياف كوتاه و گرانول هر كدام از دو ورودي مجزا وارد اكسترودر ميشوند. الياف طبيعي براي اتصال بهتر و قويتر با گرانول لازم است كه رطوبتي نداشته باشد و تا حدي گرم باشد؛ بنابراين در محل ورودي الياف، قيفي طراحي شده كه داراي هيتر و ترميستور براي افزايش و كنترل دما ميباشد. براي توزيع يكنواخت گرما در بين الياف، فني تعبيه شده كه خروجي هواي آن به شكلي طراحي شده كه سبب توزيع دما در قيف مي شود. براي مشخص كردن درصد الياف اضافه شده جهت تركيب با گرانول، از استپر موتور در قسمت ورودي الياف استفاده مي شود؛ كه با تنظيم سرعت آن مي توان درصد الياف مورد نظر براي ساخت كامپوزيت را به صورت يكنواختي كنترل و مشخص كرد و با خاموش كردن استپر موتور نيز مي توان گرانول خالص مشابه اكسترودر گرانولي FGF پرينت سه بعدي نمود.