Como a Impressão 3D Está Revolucionando a Fabricação de Compósitos

Segundo o Market Watch da 3D Science Valley, materiais compósitos encontraram lugar em uma variedade de aplicações. Eles fornecem materiais e métodos comprovados para a fabricação de vários componentes valiosos, especialmente componentes principais 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 fabricar peças a partir 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 impressão 3D - manufatura aditiva direciona-se para 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.

"Compósito" geralmente refere-se a um material de matriz polimérica termofixa ou termoplástica reforçado com fibras contínuas ou descontínuas, tipicamente fibras de carbono; fibras de vidro; ou fibras naturais como juta, linho, aramida ou fibras de basalto.

Na indústria aeronáutica, por exemplo, em 1970 os aviões comerciais não tinham materiais compósitos, e hoje o Boeing Dreamliner é 80% compósito. Além disso, na indústria automotiva, por exemplo, a GE conseguiu substituir muitas peças de aço sem tensão em carros, como para-choques e caixas de filtro de ar, por peças plásticas nos anos 1980. Peças de compósito de fibra de carbono fabricadas aditivamente podem substituir com sucesso muitas peças existentes da mesma maneira.

Relativamente à indústria aeronáutica, a oportunidade mais cedo para impressão 3D de compósito de fibra de carbono no setor automotivo pode recair sobre peças como spoilers, volantes ou maçanetas de porta, e depois mover-se gradualmente para a substituição de grandes componentes estruturais.

Para o público, o mercado final mais valioso para compósitos hoje é o aeroespacial. Na aeroespacial, compósitos são usados em uma variedade de peças e estruturas, incluindo peles de fuselagem, longarinas e quadros; estruturas de asa, incluindo peles de asa, caixas de asa e longarinas; e estruturas de cauda; e componentes mais discretos, como ao redor de janelas, componentes internos, incluindo compartimentos de bagagem e divisórias internas. Paredes internas de aeronaves também são frequentemente feitas de materiais compósitos.

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

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

5 técnicas para impressão 3D de compósitos

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

2. Co-extrusão com towering: em vez de fibras secas, fita pré-impregnada/pré-impregnada fina é alimentada em um bico, aquecida e co-extrudada com outros materiais de matriz. Tipicamente, a matriz nas duas é a mesma que na co-extrusão. A Anisoprint é uma exceção, onde a matriz do pré-impregnado é termofixa enquanto a co-extrusão é termoplástica.

3. Extrusão de towpreg: A entrada de estoque de tow é aquecida e extrudada sem qualquer outro material.

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

5. Impregnação inline: Semelhante ao filamento 3D, a fibra é impregnada à medida que é entregue à cabeça de impressão. Como na extrusão de tow, a deposição ocorre através de um bico.

Desenvolvimento de aplicações de impressão 3D de compósitos

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

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 regime de fabricação atual, um fixador mecânico é necessário para conectar o quadro e a estrutura à pele da fuselagem. Isso é feito atualmente usando uma variedade de suportes e fixadores complexos, bem como outros hardwares fabricados usando fabricação tradicional de compósitos (moldagem por compressão) e pode-se ver isso sendo feito de forma mais eficiente através da manufatura aditiva no futuro, dependendo do volume e requisitos de material deste trabalho.

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

AM - Manufatura Aditiva torna compósitos cada vez mais práticos para peças menores, mais complexas e de fabricação de baixo volume. O produtor de compósitos Hexcel, por exemplo, também usa o processo de manufatura aditiva de compósitos "HexAM" da empresa para imprimir em 3D componentes de veículo aéreo não tripulado (VANT).

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

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