Como a impressão 3D afeta a fabricação de compósitos?

De acordo com o Market Watch da 3D Science Valley, os materiais compósitos encontraram um lugar em uma variedade de aplicações. Eles fornecem materiais e métodos comprovados para a fabricação de vários componentes valiosos, especialmente os principais componentes de aeronaves. A aplicação de materiais compósitos ainda está avançando e, hoje, a impressão 3D está acelerando esse progresso. O desenvolvimento da tecnologia de manufatura aditiva fornece uma maneira de fazer peças de materiais compósitos sem a necessidade de moldes e, ao mesmo tempo, a manufatura aditiva oferece novas opções para os métodos de fabricação da indústria de materiais compósitos.

Fabricação de compósitos mais flexível

A tendência de desenvolvimento da fabricação aditiva de impressão 3D é em direção a um nível de aprofundamento multidimensional, voltado para aplicações de produção em massa e estendendo-se para o lado da aplicação. Um caminho de desenvolvimento para a industrialização é a combinação de novos materiais e novos processos de fabricação.



“Composto ” geralmente se refere a um material de matriz de polímero termofixo ou termoplástico reforçado com fibras contínuas ou descontínuas, tipicamente fibras de carbono; fibras de vidro; ou fibras naturais tais como fibras de juta, linho, aramida ou basalto.

Na indústria aeronáutica, por exemplo, em 1970 os aviões não tinham materiais compósitos, e hoje o Boeing Dreamliner é 80% composto. Além disso, na indústria automotiva, por exemplo, a GE conseguiu substituir muitas das peças de aço sem estresse dos carros, como pára-choques e carcaças de filtros de ar, por peças plásticas na década de 1980. As peças compostas de fibra de carbono fabricadas aditivamente podem substituir com sucesso muitas peças existentes da mesma maneira.

Em relação à indústria aeronáutica, a primeira oportunidade para impressão 3D composta de fibra de carbono no campo automotivo pode recair em peças como spoilers, volantes ou maçanetas e, em seguida, avançar gradualmente para a substituição de grandes componentes estruturais.



Para o público, o mercado final mais valioso para compósitos hoje é o aeroespacial. Na indústria aeroespacial, os compósitos são usados ​​em uma variedade de peças e estruturas, incluindo peles de fuselagem, longarinas e armações; estruturas de asas, incluindo peles de asas, longarinas e longarinas; e estruturas de cauda; e componentes mais discretos, como ao redor de janelas, componentes internos, incluindo compartimentos de armazenamento de bagagem e divisórias internas. As paredes dentro das aeronaves também são frequentemente feitas de materiais compostos.

Ao mesmo tempo, outros mercados finais em termos de volume de material incluem a indústria de energia eólica, como pás eólicas feitas de materiais compósitos.

Para a fabricação de compostos, o papel da fabricação aditiva é tornar as peças mais eficientes e rápidas, o que pode não ser possível com a fabricação de compostos existentes quando são consideradas peças discretas ou fabricação de baixo volume. A manufatura aditiva torna isso possível e, através do uso de fibras contínuas no aditivo, serão introduzidos elementos de resistência e rigidez, o que leva o aspecto de aplicação da peça ao próximo nível.

5 técnicas para compósitos de impressão 3D

1. Impregnação in situ: As fibras secas são alimentadas em um bocal enquanto o material da matriz é injetado por um ou mais meios de entrada durante a deposição por coextrusão. A matriz é introduzida e aquecida e as fibras são impregnadas in situ antes da deposição.

2. Coextrusão com torres: em vez de fibras secas, a fita pré-impregnada/pré-impregnada fina é alimentada em um bocal, aquecida e coextrudada com outros materiais de matriz. Normalmente, a matriz nos dois é a mesma que na coextrusão. A Anisoprint é uma exceção, onde a matriz pré-impregnada é termofixa enquanto a coextrusão é termoplástica.

3. Extrusão Towpreg: A entrada de estopa é aquecida e extrudada sem qualquer outro material.

4. Consolidação in-situ: Este processo é semelhante a uma versão reduzida de colocação automatizada de fibra (AFP) para termoplásticos, onde a fita termoplástica de entrada/prepreg é curada no local à medida que é depositada. Durante o processo de alimentação, a matéria-prima é aquecida por uma fonte de energia externa no bico e, em seguida, colocada e curada por rolos de pressão durante o processo de deposição.

5. Impregnação em linha: Semelhante ao enrolamento de filamento 3D, a fibra é impregnada à medida que é entregue à cabeça de impressão. Tal como acontece com a extrusão de reboque, a deposição ocorre através de um bocal.

Desenvolvimento de aplicativos de impressão 3D composta

Então, quais peças podem ser feitas em compósitos agora, ou talvez seja mais fácil devido ao processo de Manufatura Aditiva AM?

Vários suportes e fixadores são amplamente utilizados na indústria aeroespacial – especialmente em algumas estruturas aeronáuticas. Por exemplo, uma série de quadros e longarinas dentro da pele da fuselagem. Sob o atual regime de fabricação, é necessário um fixador mecânico para conectar o quadro e a estrutura à pele da fuselagem. Atualmente, isso está sendo feito usando uma variedade de suportes e fixadores complexos, bem como outras ferragens fabricadas usando fabricação tradicional de compósitos (moldagem por compressão) e podemos ver isso sendo feito de forma mais eficiente por meio de manufatura aditiva no futuro, dependendo do volume e dos requisitos de material deste trabalho.

Claro, não apenas em cenários de aplicação em grande escala, como aeronaves, mas materiais compostos de impressão 3D também têm espaço de aplicação imaginativo em cenários pequenos.

A Manufatura Aditiva AM torna os compósitos cada vez mais práticos para peças fabricadas menores, mais complexas e de baixo volume. A produtora de compósitos Hexcel, por exemplo, também usa o processo de manufatura aditiva de compósitos “HexAM” da empresa para imprimir em 3D componentes de veículos aéreos não tripulados (UAV).

Mas quando se trata de peças de baixo volume e um tanto complexas, uma peça mais imaginável pode substituir as peças de metal usinadas de hoje. A substituição de peças metálicas por compósitos é a forma de atuação da indústria de compósitos há cerca de 50 anos. No entanto, os desafios enfrentados pelos materiais compósitos fabricados aditivamente para substituir os produtos metálicos precisam ser abordados.

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