Comprender los materiales compuestos

En una publicación de blog anterior, analizamos las diferencias clave entre los termoplásticos de impresión 3D más populares. Si bien su baja temperatura de fusión y la simplicidad general de impresión hacen que las piezas sean rápidas y fáciles, los termoplásticos dejan algo que desear cuando se trata de propiedades mecánicas como resistencia, rigidez y resistencia al calor. Afortunadamente, utilizando una tecnología similar a la Fabricación de filamentos fundidos (el proceso de impresión termoplástica más popular), Markforged ha desarrollado una forma de imprimir compuestos en 3D que superan las propiedades de los termoplásticos en casi todos los sentidos.

Lea nuestra guía de diseño de materiales compuestos

¿Qué son los compuestos?

Los compuestos son materiales hechos de dos o más sustancias que, cuando se combinan, tienen propiedades diferentes a las de los componentes originales. Están compuestos por dos elementos principales:una matriz y un refuerzo. Para los compuestos de fibra típicos, el refuerzo (fibra de carbono o fibra de vidrio, por ejemplo) se forma en la forma preferida y luego se cubre con una matriz, a menudo un epoxi o un termoplástico, para mantener su estructura. Los compuestos son beneficiosos debido a las características sinérgicas que surgen de la combinación de materiales, lo que les permite superar con creces a los termoplásticos mientras mantienen una baja densidad. De hecho, muchas capas de fibra de carbono son más resistentes que el acero con una décima parte del peso.

Existen numerosos tipos de matrices y refuerzos que componen muchos materiales compuestos diferentes; En esta publicación, analizaremos específicamente los compuestos impresos en 3D de Markforged, sus propiedades y aplicaciones ideales.

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compuestos impresos en 3D

Al igual que cualquier otra pieza compuesta, los compuestos impresos en 3D de Markforged se componen de dos componentes:una matriz y un refuerzo. Nuestra matriz se llama Onyx, un termoplástico a base de nailon, y el refuerzo es una de nuestras cuatro fibras continuas. Estas fibras de refuerzo incluyen fibra de carbono, fibra de vidrio, fibra de vidrio de alta resistencia a alta temperatura y Kevlar®.

Fibra de vidrio

La fibra de vidrio es nuestra fibra de refuerzo de nivel de entrada. Como sugiere el nombre, está compuesto por fibras de vidrio unidas en un filamento. La fibra de vidrio es una buena fibra de refuerzo para principiantes porque tiene un alto rendimiento y no es costosa. En flexión, la fibra de vidrio es cuatro veces más resistente y once veces más rígida que el ABS. Esto ofrece una forma eficaz de comenzar a imprimir en 3D herramientas, accesorios y sujeción de piezas industriales que requieren más resistencia de la que podría ofrecer un termoplástico.

Fibra de carbono

La fibra de carbono es la más fuerte y rígida de las fibras de refuerzo de Markforged. Con una relación resistencia-peso de casi el doble que la del aluminio 6061, las piezas de fibra de carbono impresas en 3D pueden superar a las mecanizadas en metal. La fibra de carbono también se desvía mínimamente cuando se somete a tensión, lo que le da un borde sobre el aluminio que se deforma plásticamente a medida que se carga.

Debido a que la resistencia de la fibra de carbono rivaliza con la del metal, nuestros clientes a menudo la utilizan para imprimir piezas que normalmente utilizarían en una máquina. Esto incluye mordazas blandas, piezas de uso final y herramientas de formación de producción.

Kevlar

El kevlar es una fibra de refuerzo más especializada con cualidades únicas. Es extremadamente duradero; las piezas reforzadas con Kevlar pueden recibir golpes sin fallar. También es la más ligera de las fibras de refuerzo de Markforged, con una densidad entre un 15% y un 20% más baja que las demás. Una de las características más notables del Kevlar es su capacidad para deformarse plásticamente sin perder fuerza. Las piezas reforzadas con kevlar permiten que algo ceda cuando se cargan hacia el máximo, lo que da como resultado un modo de falla más gradual. Por ejemplo, la fibra de carbono, que es más rígida, pero mucho más frágil, falla por completo y sin previo aviso cuando se carga al máximo. El kevlar, por otro lado, se deforma hasta que las fibras comienzan a fallar una a una, lo que proporciona una falla mucho más predecible.

Debido a su baja densidad y durabilidad superior, Kevlar es un gran candidato para aplicaciones que involucran mucho movimiento y contacto repetido con otras partes. Nuestros clientes lo utilizan para imprimir en 3D efectores finales, maniquíes de prueba de choque, topes mecánicos y otras aplicaciones que involucran cargas variables.

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Fibra de vidrio de alta resistencia a altas temperaturas

La fibra de vidrio HSHT es otro refuerzo especializado. Como sugiere el nombre, es una versión de fibra de vidrio resistente al calor y de alta resistencia. Conserva su rigidez a temperaturas de hasta 300 grados Fahrenheit. HSHT también exhibe una increíble resistencia al impacto:30 veces mayor que la del ABS y más de 100 veces la del PLA. Además, la fibra de vidrio HSHT es nuestra fibra más elástica; se desviará a medida que se cargue y luego volverá a su forma original cuando se retire la carga. Esta es una propiedad ventajosa para piezas que requieren deflexiones repetidas sin deformación permanente.

Las propiedades anteriores hacen que el HSHT resista la deformación plástica durante la sujeción repetida y el choque térmico de ciertos procesos de fabricación. Nuestros clientes utilizan HSHT para imprimir en 3D accesorios de soldadura, termoformados, moldes termoendurecibles, insertos de moldes de inyección, moldes de soplado y piezas para otras aplicaciones de alto impacto y alta temperatura.

Impresión 3D compuesta

La impresión 3D compuesta brinda a los diseñadores e ingenieros la capacidad de aprovechar un conjunto diverso de propiedades del material para aplicaciones a lo largo del ciclo de fabricación. Los rasgos especializados exhibidos por las cuatro fibras que cubrimos en este artículo abren oportunidades para aplicar la fabricación aditiva donde nunca antes lo había hecho.

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