Compósitos para impressão 3D com fibra contínua

CW escreve sobre compósitos impressos em 3D reforçados com fibra contínua desde 2014, quando a MarkForged lançou a impressora Mark One na conferência SolidWorks World (26-29 de janeiro de 2014). Em seguida, cobrimos o Arevo e seu desenvolvimento de impressão multieixo usando fibra contínua, incluindo na direção z e ao longo dos contornos por meio de um braço robótico. Este ano, escrevemos sobre Compósitos Orbitais e seu trabalho com o Centro de Tecnologia de Compósitos na impressão de compósitos de fibra contínua.

No entanto, existe uma empresa que imprime em compósitos contínuos desde 2012. CW na verdade, publicou uma pequena barra lateral sobre Compostos Contínuos (Coeur D’Alene, ID, EUA) em janeiro de 2017, mas suas realizações merecem uma discussão mais longa:

• Impressão em três dimensões com qualquer fibra contínua, incluindo aramida, vidro (GF) e fibra de carbono (CF), cobre, nicromo fio e fibra óptica .
• Usa resinas termofixas com cura por UV para permitir impressão em alta velocidade e impressão sem suporte no espaço .
• Permite a fabricação de compostos sem molde, fora da autoclave e a otimização do caminho de carga
• Demonstrado na AutoDesk University 2017, um impresso em 3D , multimaterial (concha cortada CF / ABS, armações de treliça GF / epóxi contínuas) leme completo com fibra óptica impressa que pode sentir e comunicar mudanças em temperatura, pressão, aceleração e condutividade elétrica .

FONTE para todas as imagens:Compostos Contínuos

CF3D

“Estamos combinando o poder dos materiais compostos com um processo de impressão 3D usando robótica avançada”, disse o CEO da Continuous Composites, Tyler Alvarado. A empresa tem a marca registrada de sua impressão 3D de fibra contínua como CF3D. “O CF3D impregna a fibra dentro da cabeça e cura imediatamente após a deposição do material”, explica ele. “Não somos limitados para impressão via fatias 2D para que possamos aproveitar ao máximo as propriedades anisotrópicas dos materiais compostos, orientando as fibras discretamente em todas as direções ”.

Alvarado observa que também é possível ajustar resinas termofixas para cada aplicação do cliente, por exemplo, aumentando o módulo ou, alternativamente, a dureza ou mesmo as propriedades de resistência ao fogo. CF3D também pode ser impresso com resinas termoplásticas e Continuous Composites demonstrou impressão com materiais termofixos e termoplásticos na mesma estrutura .

“Estamos alcançando 50-60% do volume de fibra , ”Diz Alvarado, que adiciona essa variável compactação do laminado impresso foi incorporado na cabeça de impressão. “Quando estamos imprimindo uma estrutura em espaço livre, não estamos compactando contra uma ferramenta, então a consolidação é diferente. O primeiro caminho para uma estrutura não tem suporte e, portanto, precisa de pouca pressão porque não há nada contra o que pressionar. Camadas subsequentes, no entanto, podem ter pressão aplicada para compactação. ”

Em 2016 e 2017, a Continuous Composites construiu uma célula de fabricação robótica com aumento do controle de movimento e aumentar o volume. Como acontece com toda impressão 3D, o software gera o código para o movimento da máquina. No entanto, como a geração do caminho da ferramenta é muito diferente no CF3D, a Continuous Composites está desenvolvendo seu próprio software. “Soluções prontas para uso não funcionam para geração de caminho de ferramenta de fibra contínua, uma vez que não estamos mais limitados a empilhar fatias 2D”, explica Alvarado. O software CF3D também automatiza luzes UV para cura da resina, corte do filamento de impressão quando necessário e controle da pressão de compactação.

“A nova cabeça de impressão que desenvolvemos é muito mais ativo ”, diz Alvarado. “Nosso novo efetor final tem tensionamento adaptativo e controle dinâmico de entrega de resina . ”

Alvarado diz que CF3D pode imprimir 16 reboques de largura usando carbono 12K estopa e resina epóxi. Produziu amostras de 3 camadas de espessura com menos de 1% de porosidade e uma resistência à tração média de 111 ksi. Este teste mecânico foi feito como parte de um projeto de 2017 para um empreiteiro do Departamento de Defesa dos EUA. “Continuamos a melhorar e esperamos ultrapassar os 200 ksi em breve”, afirma Alvarado. “Também concluímos os testes de incêndio, fumaça e toxicidade (FST) para aplicações de interiores aeroespaciais”, acrescenta.

Estruturas de detecção

A tecnologia CF3D facilita a impressão de estruturas compostas multifuncionais. Por exemplo:fio de cobre contínuo pode ser impresso para eletrônica de potência, fio de nicrômio contínuo pode ser impresso para incorporar calor para aplicações anti-gelo ou fibra óptica contínua pode ser impressa para monitoramento de integridade estrutural em tempo real (SHM) e otimização de desempenho de um composto estrutura.

A Continuous Composites imprimiu o aerofólio de demonstração acima em 2017, incluindo:

• Contínuo treliças de suporte de fibra de vidro impressas sem suporte de cima para baixo do aerofólio.
• alimentação contínua por fio de cobre Luzes LED na vanguarda.
• Fio de nicromo para anticongelante na vanguarda.
• Fibra óptica na parte superior que pode ser usada para coletar dados.

Em novembro de 2017, Continuous Composites, Form Forge (Portland, OR, US) e AutoDesk colaboraram para produzir um leme composto de detecção como parte da exposição “Making Waves” com Livrea Yacht (Palermo, Itália) na conferência anual AutoDesk University.

O leme tinha cerca de 4,5 pés de altura, impresso com 20% ABS reforçado com fibra de carbono picado (acrilonitrila butadieno estireno) termoplástico para a casca ou pele e fibra de vidro contínua para os suportes estruturais. A equipe também imprimiu fibra óptica avançada no leme.

O leme finalizado foi exibido no AutoDesk U. “Deixamos o público tocá-lo , e os sensores do leme coletaram 5 Gigabytes de dados ao longo de 2 dias, rastreando a temperatura , aceleração e mudanças de estresse ”, Conta Alvarado. “Ao incorporar essa funcionalidade, podemos coletar e analisar o desempenho da estrutura para monitoramento de integridade em tempo real e otimização de desempenho.”

Então pense por um minuto, o leme e os foils em seu iate de corrida agora podem alimentar dados reais em sua análise de computação dinâmica de fluidos (CFD) e software de design para otimizar de forma inteligente o design da estrutura individual e o desempenho geral do barco. E, é claro, o leme e as lâminas podem ser aeronaves ou estruturas automotivas.

“Queríamos demonstrar nossa capacidade de combinar a tecnologia CF3D com vários materiais e vários modos de manufatura aditiva em uma célula ”, diz Alvarado. Ele observa que a flexibilidade para ajustar resinas termofixas também foi demonstrada pela modificação da resina usada com a fibra contínua para aderir para a fibra picada / ABS.

O futuro da manufatura

A Contínua Composites é ousada em sua visão de futuro para CF3D. Ele vê a tecnologia como permitindo a fabricação local e um ressurgimento da fabricação americana, mas também um caminho para mais sustentável processos de produção. “Nossa tecnologia resolve muitos problemas encontrados nos métodos tradicionais de fabricação de compósitos”, diz Alvarado. “Automatizamos a colocação de fibra em todas as direções, abrindo possibilidades de design e eliminando a necessidade de moldes, autoclaves e fornos caros.” Ele acrescenta que, ao remover essas restrições, o CF3D pode combinar vários componentes em uma única peça impressa e incorporar a funcionalidade, tudo em um único processo de fabricação. “Nossa tecnologia é um método de manufatura novo e emergente que afetará muitas indústrias.”

Alvarado diz que a Contínua Composites está trabalhando com uma variedade de empresas para desenvolver um ecossistema de tecnologia incluindo OEMs, fornecedores de máquinas, integradores de robótica, fornecedores de materiais e empresas de software. “Temos 7 patentes concedidas com 76 não provisórias pedidos de patentes pendentes e mais 11 provisórios pedidos de patentes pendentes, cobrindo mais de 250 patenteados e conceitos de patente pendente . Continuamos desenvolvendo nossa tecnologia e buscando implantar nossa tecnologia para empresas em todos os setores, incluindo aeroespacial, automotivo, defesa, construção, etc. ”