Compreendendo os materiais compostos

Em uma postagem anterior no blog, analisamos as principais diferenças entre os termoplásticos de impressão 3D mais populares. Enquanto sua baixa temperatura de fusão e simplicidade geral de impressão tornam as peças rápidas e fáceis, os termoplásticos deixam a desejar quando se trata de propriedades mecânicas, como força, rigidez e resistência ao calor. Felizmente, utilizando uma tecnologia semelhante à Fused Filament Fabrication (o processo de impressão termoplástico mais popular), a Markforged desenvolveu uma maneira de compósitos de impressão 3D que ultrapassam as propriedades dos termoplásticos em quase todos os aspectos.

Leia nosso Guia de design de compósitos

O que são compostos?

Compósitos são materiais feitos de duas ou mais substâncias que, quando combinadas, apresentam propriedades diferentes dos componentes originais. Eles são compostos por dois elementos principais:uma matriz e uma armadura. Para compósitos de fibra típicos, o reforço (fibra de carbono ou fibra de vidro, por exemplo) é moldado na forma preferida e então coberto com uma matriz, geralmente um epóxi ou um termoplástico, para reter sua estrutura. Os compostos são benéficos por causa das características sinérgicas que surgem da combinação de materiais, permitindo que eles superem em muito os termoplásticos, mantendo a baixa densidade. Na verdade, muitos layups de fibra de carbono são mais fortes do que o aço, com um décimo do peso.



Existem vários tipos de matrizes e reforços que constituem muitos materiais compostos diferentes; neste post, daremos uma olhada especificamente nos compostos impressos em 3D da Markforged, suas propriedades e aplicativos ideais.

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Compostos impressos em 3D

Assim como quaisquer outras peças compostas, as composições impressas em 3D da Markforged são compostas por dois componentes:uma matriz e um reforço. Nossa matriz é chamada de Onyx, um termoplástico à base de náilon, e o reforço é uma de nossas quatro fibras contínuas. Essas fibras de reforço incluem fibra de carbono, fibra de vidro, fibra de vidro de alta resistência e alta temperatura e Kevlar®.

Fibra de vidro

A fibra de vidro é a nossa fibra de reforço de nível básico. Como o nome sugere, ele é composto de fibras de vidro unidas em um filamento. A fibra de vidro é uma boa fibra de reforço para iniciantes porque tem alto desempenho e é barata. Na flexão, a fibra de vidro é quatro vezes mais forte e onze vezes mais rígida que o ABS. Isso oferece uma maneira eficaz de começar a imprimir em 3D ferramentas industriais, acessórios e fixação que exigem mais resistência do que um termoplástico seria capaz de oferecer.

Fibra de carbono

A fibra de carbono é a mais forte e rígida das fibras de reforço da Markforged. Com uma relação resistência / peso quase duas vezes maior que a do alumínio 6061, as peças de fibra de carbono impressas em 3D podem superar as usinadas em metal. A fibra de carbono também se desvia minimamente quando tensionada, dando a ela uma vantagem sobre o alumínio que se deforma plasticamente à medida que é carregada.



Como a resistência da fibra de carbono rivaliza com a do metal, nossos clientes costumam usá-la para imprimir peças que fariam em uma máquina normal. Isso inclui mandíbulas macias, peças de uso final e ferramentas de modelagem de produção.

Kevlar

Kevlar é uma fibra de reforço mais especializada com qualidades únicas. É extremamente durável; as peças reforçadas com Kevlar podem sofrer uma surra sem falhar. É também a mais leve das fibras de reforço da Markforged, com densidade 15-20% menor que as outras. Uma das características mais notáveis ​​do Kevlar é sua capacidade de se deformar plasticamente sem perder força. As peças reforçadas com Kevlar permitem que algumas cedam quando carregadas no máximo, resultando em um modo de falha mais gradual. Por exemplo, a fibra de carbono, que é mais rígida, mas muito mais frágil, falha completamente e sem aviso quando carregada em seu máximo. O Kevlar, por outro lado, deforma-se até que as fibras comecem a falhar uma de cada vez, proporcionando uma falha muito mais previsível.



Devido à sua baixa densidade e durabilidade superior, o Kevlar é um ótimo candidato para aplicações que envolvem muito movimento e contato repetido com outras peças. Nossos clientes o usam para imprimir efeitos finais em 3D, manequins de teste de impacto, paradas mecânicas e outras aplicações que envolvem cargas variáveis.

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Fibra de vidro de alta resistência e alta temperatura

A fibra de vidro HSHT é outro reforço especializado. Como o nome sugere, é uma versão de fibra de vidro resistente ao calor e de alta resistência. Ele mantém sua rigidez em temperaturas de até 300 graus Fahrenheit. HSHT também exibe incrível resistência ao impacto:30x a do ABS e mais de 100x a do PLA. Além disso, a fibra de vidro HSHT é nossa fibra mais elástica; ele se desviará à medida que for carregado e, em seguida, retornará à sua forma original quando a carga for removida. Esta é uma propriedade vantajosa para peças que requerem deflexão repetida sem deformação permanente.



As propriedades acima emprestam HSHT para resistir à deformação plástica durante a fixação repetida e choque térmico de certos processos de fabricação. Nossos clientes utilizam acessórios de soldagem HSHT para impressão 3D, termoformas, moldes termofixos, inserções de moldes de injeção, moldes de sopro e peças para outras aplicações de alto impacto e alta temperatura.

Impressão 3D composta

A impressão 3D composta oferece aos designers e engenheiros a capacidade de aproveitar um conjunto diversificado de propriedades de materiais para aplicações em todo o ciclo de manufatura. As características especializadas exibidas pelas quatro fibras que abordamos neste artigo abrem oportunidades para aplicar a manufatura aditiva onde nunca antes.


Quer saber onde a impressão 3D se encaixa em sua empresa? Fale com um de nossos especialistas de produto para discutir.