Breve descripción de Impresión 3D de fibra de carbono

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La fibra de carbono impresa en 3D es la segunda tecnología de fabricación aditiva más buscada después del metal. Debido a las propiedades únicas de la fibra de carbono, tales como: peso ligero, alta resistencia, alta conductividad eléctrica, alta resistencia a la corrosión, las piezas fabricadas con tecnología de impresión 3D a menudo tienen alta precisión y alto rendimiento.

Tecnología de impresión 3D de fibra de carbono

▶ Tecnología de sinterización láser
Características del material: nailon reforzado con fibra corta, PEEK, TPU y otros materiales en polvo
Características del proceso: Mezcle fibra de carbono de corte corto y material de nailon en una cierta proporción y realice un moldeado integral mediante sinterización láser.


▶  Tecnología de fusión por chorro múltiple
Características del material: nailon reforzado con fibra corta, PEEK, TPU y otros materiales en polvo
Características del proceso: A través del calentamiento del tubo de la lámpara, la sección transversal de la pieza acumula suficiente calor para realizar la formación de la masa fundida bajo la acción del solvente.

▶  Tecnología FDM
Características del material: PLA reforzado con fibra larga, nailon, PEEK y otros materiales de alambre
Características del proceso: la fibra larga se introduce en el cable convencional mediante tecnología FDM para mejorar el efecto.

Método de impresión de fibra de carbono

▶  Termoplástico relleno de fibra de carbono picado.
  Los termoplásticos rellenos de fibra de carbono de corte corto se imprimen en una impresora FFF (FDM) estándar que consta de un termoplástico (PLA, ABS o nailon) reforzado con pequeñas hebras cortadas, es decir, fibras de carbono. Por otro lado, la fabricación continua de fibra de carbono es un proceso de impresión único que coloca haces continuos de fibra de carbono en sustratos termoplásticos estándar FFF (FDM).
Los plásticos rellenos de fibra de carbono de corte corto y las fibras continuas se fabrican con fibra de carbono, pero la diferencia entre ellos es enorme. Comprender cómo funciona cada método y su aplicación ideal lo ayudará a tomar decisiones informadas sobre qué hacer en la fabricación aditiva.

Las fibras de carbono cortadas son esencialmente materiales de refuerzo para termoplásticos estándar. Permite a las empresas imprimir materiales que generalmente son menos potentes a niveles más altos de intensidad. A continuación, el material se mezcla con un termoplástico y la mezcla resultante se extruye en un carrete para una técnica de fabricación de filamentos fundidos (FFF).
Para los compuestos que utilizan el método FFF, el material es una mezcla de fibras cortadas (generalmente fibras de carbono) y termoplásticos convencionales (como nailon, ABS o ácido poliláctico). Aunque el proceso FFF sigue siendo el mismo, las fibras cortadas aumentan la resistencia y rigidez del modelo y mejoran la estabilidad dimensional, el acabado superficial y la precisión.
Este método no siempre es perfecto. Algunos filamentos reforzados con fibra cortada enfatizan la resistencia ajustando la sobresaturación del material con fibras. Esto puede afectar negativamente la calidad general de la pieza de trabajo, reduciendo la calidad de la superficie y la precisión de la pieza. Los prototipos y las piezas de uso final se pueden fabricar con fibra de carbono cortada porque proporciona la resistencia y la apariencia necesarias para las pruebas internas o los componentes orientados al cliente.

Materiales continuos reforzados con fibra de carbono.
La fibra de carbono continua es la verdadera ventaja. Esta es una solución rentable para reemplazar las piezas metálicas tradicionales con piezas compuestas impresas en 3D porque logra una resistencia similar utilizando solo una fracción del peso. Se puede utilizar para incrustar materiales en termoplásticos utilizando tecnología de fabricación de filamentos continuos (CFF). Una impresora que utiliza este método coloca fibras continuas de alta resistencia (por ejemplo, fibra de carbono, fibra de vidrio o Kevlar) a través de una segunda boquilla de impresión en un termoplástico extruido FFF durante la impresión. Las fibras de refuerzo forman la "columna vertebral" de la pieza impresa, produciendo un efecto duro, fuerte y duradero.
La fibra de carbono continua no solo aumenta la resistencia, sino que también proporciona a los usuarios un refuerzo selectivo en áreas donde se requiere una mayor durabilidad. Debido a la naturaleza FFF del proceso principal, puede optar por construir capa por capa.
En cada capa, hay dos métodos de mejora: refuerzo concéntrico y refuerzo isotrópico. Los rellenos concéntricos refuerzan los límites exteriores de cada capa (interna y externa) y se extienden hacia la pieza con un número de ciclos definido por el usuario. El relleno isotrópico forma un refuerzo compuesto unidireccional en cada capa, y el tejido de fibra de carbono se puede simular cambiando la dirección del refuerzo en la capa. Estas estrategias mejoradas permiten a las industrias aeroespacial, automotriz y manufacturera integrar materiales compuestos en sus flujos de trabajo de nuevas formas. Las piezas impresas se pueden utilizar como herramientas y accesorios (todos los cuales requieren fibra de carbono continua para simular eficazmente las propiedades del metal), como herramientas al final del brazo, paladar blando y MMC accesorios.

Aplicación de materiales de fibra de carbono en la industria de componentes
El material Nylon 12CF, un nuevo material de fibra de carbono impreso en 3D que contiene hasta un 35% de fibra de carbono, es por lo tanto excelente en propiedades como una resistencia a la tracción final de 76 MPa y un módulo de tracción de 7529 MPa. Con una resistencia a la flexión de 142 MPa, es suficiente para reemplazar metales en muchas aplicaciones, suficiente para reemplazar metales en muchas aplicaciones, lo que lo hace ideal para la industria automotriz, aeroespacial y otras. Este termoplástico reforzado con fibra de carbono se utiliza para producir prototipos de alto rendimiento que pueden resistir las rigurosas pruebas de las piezas de producción durante la verificación del diseño para cumplir con los exigentes requisitos del entorno de producción y se pueden aplicar a la fabricación de accesorios en la línea de producción.
Los materiales OXFAB son altamente resistentes a los productos químicos y al calor, lo cual es fundamental para los componentes industriales y aeroespaciales de alto rendimiento. Numerosos datos de pruebas mecánicas demuestran que OXFAB se puede utilizar para obtener piezas completas y listas para usar para la impresión 3D. OPM está implementando contratos de desarrollo clave con clientes en los sectores aeroespacial e industrial para piezas impresas en 3D para aviones comerciales y militares, aplicaciones espaciales e industriales, que pueden reducir significativamente el peso y el costo.
Hoy en día, el campo de la fabricación aditiva se ha disparado y algunas impresoras ofrecen la posibilidad de imprimir sobre fibra de carbono. Si la industria de la impresión 3D quiere ganar más participación de mercado en el mercado de fabricación de $ 100 mil millones, la tecnología de impresión 3D debe ejercerse tanto en la tecnología de procesos como en los materiales. Las diversas ventajas de la fibra de carbono reflejan la posibilidad de que este objetivo se convierta en realidad. Sin duda, para competir con la fabricación tradicional, los materiales compuestos seguramente serán una de las fuerzas impulsoras detrás de la impresión 3D que se convierta en tecnología convencional.

Enlace a este artículo: Breve descripción de la tecnología de impresión 3D de fibra de carbono y su aplicación en la industria de repuestos

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