Альтернативой является использование методов трехмерного формования, таких как формование в активной среде, прессование или глубокая вытяжка, которые заимствованы из штамповки листового металла. Эти процессы обеспечивают высокую степень геометрической свободы при обеспечении надлежащего качества поверхности. Во время глубокой вытяжки заготовка позиционируется и зажимается между матрицей и зажимным приспособлением, как показано на рис. 1а–1б. С помощью приложенного усилия штамповки пуансон проталкивает заготовку в зазор кожуха между пуансон и матрица. Из-за уменьшения периметра заготовки и, как следствие, избытка материала в оставшемся материале, между зажимом и матрицей возникают касательные сжимающие напряжения, так называемая область фланца. Как и во всех процессах формования заготовок в листовой форме, ограниченная текучесть бумаги приводит к чрезмерному образованию гофр на фланце [3]. Во время глубокой вытяжки гофры дополнительно сжимаются в зазоре вытяжного устройства, как показано на рис. 1с. Усилие зажима влияет на образование складок и, следовательно, является наиболее важным параметром процесса [4]. Хауптман и др. Механизмы деформации при глубокой вытяжке бумаги подразделяются на три этапа [5]. На первом этапе деформация волокнистой сетки происходит без образования гофр, тогда как на втором этапе деформация вызвана образованием гофр и деформацией сдвига. На третьем этапе материал перестраивается, а участки с гофрами сжимаются. При гофрировании материалов с многослойной структурой расслоение является основным механизмом деформации при сжатии в плоскости, что приводит к неравномерному распределению нагрузки и образованию гофр [6].

Методы

Установка для глубокой вытяжки

Для экспериментов использовали лабораторную установку на базе пневматического пресса (см. рис. 2a–2b). Она включала:

прозрачную матрицу (die), изготовленную из акрилового стекла толщиной до 50 мм. Акрил выбран из-за низкой стоимости и доступности по сравнению с минералами (например, сапфир, кварц или алмаз), которые ранее использовались в исследованиях по формовке металлов;

пуассон и прижимное кольцо (blank holder), напечатанные на 3D-принтере из PLA-пластика чёрного цвета. Это создаёт контраст с белым картоном и облегчает автоматическую обработку изображений;

промышленную камеру с серой шкалой (разрешение 5 Мп, до 22 кадров/сек), установленную сверху и снабжённую объективом 16 мм;

систему освещения и корпус, обеспечивающие стабильные условия освещения для видеосъёмки.