¿Se puede imprimir fibra de carbono en 3D?

¿Se puede imprimir en 3D con fibra de carbono? ¡Sí, se puede imprimir en 3D con fibra de carbono! A lo largo de los años, los materiales de fibra de carbono se han utilizado para fabricar muchos diseños estructurales.

Algunos de los productos que se pueden crear con compuestos de fibra de carbono incluyen alas de aviones, cuadros de bicicletas, palas de hélices y componentes de automóviles, entre muchos otros.

Por lo tanto, tradicionalmente, la aplicación de fibra de carbono en la fabricación de productos sigue siendo variada y extensa. Con el tiempo, llevó a la industria de la impresión 3D a tomar nota de cómo incorporar material de fibra de carbono en el proceso de impresión 3D aditiva.

En particular, la impresión 3D de fibra de carbono resulta atractiva porque la fibra de carbono disfruta de una alta relación resistencia/peso, una propiedad rara que se encuentra en cualquier otro material de filamento de impresión 3D.

Debido a los numerosos beneficios de la fibra de carbono, muchas empresas de impresión 3D ofrecen material reforzado con fibra de carbono o tecnologías diseñadas para maximizar el uso de este compuesto para una aplicación de mayor rendimiento.

En la impresión 3D, la impresión de fibra de carbono se realiza de dos maneras diferentes, primero mediante el uso de filamentos reforzados con fibra y, en segundo lugar, mediante el refuerzo continuo de fibra de carbono.

¿Es fuerte la fibra de carbono impresa en 3D?

En particular, la propiedad más conocida del material de fibra de carbono sigue siendo su alta resistencia que garantiza la alta estabilidad de la impresión 3D. Los filamentos de fibra de carbono cortados utilizan fibras de carbono cortas que consisten en segmentos de menos de un milímetro de largo.

El filamento de fibra de carbono se mezcla con un material termoplástico conocido como material base para producir un filamento de fibra de carbono compuesto sólido.

Las fibras son extremadamente fuertes porque los átomos de carbono y el proceso de colocación de fibra microautomatizado aseguran que los átomos de carbono unidos proporcionen la resistencia necesaria en el relleno de fibra de carbono.

En el mercado se pueden encontrar varios filamentos con relleno de fibra de carbono. Estos incluyen filamentos termoplásticos populares como ABS, PLA, nailon, PETG y policarbonato.

• Materiales reforzados con fibra de carbono

El polímero de refuerzo de fibra de carbono (CFRP), un material compuesto de matriz de polímero reforzado con fibra de carbono, contiene una fuerza única. Su refuerzo se puede conseguir en forma de uso continuo o discontinuo de fibra de carbono.

Aunque las fibras de carbono reforzadas son caras, poseen las propiedades mecánicas específicas más altas.

• Filamentos reforzados con fibra de carbono

Se sabe que los filamentos reforzados con fibra de carbono son extremadamente fuertes. Permite que el filamento de fibra de carbono muestre una resistencia y rigidez incomparables. También reduce el peso total, lo que lo hace ideal para usar en la impresión de objetos livianos o piezas de uso final.

• Refuerzo continuo de fibra de carbono

Los filamentos reforzados con fibra de carbono son más robustos que cualquier otro material o fibras de carbono que no hayan sido soportados. Sin embargo, para obtener un filamento aún más fuerte, se puede implementar una técnica conocida como refuerzo de fibra de carbono.

Como la fibra de carbono permanece sin cortar, conserva gran parte de su fuerza, y eso hace que la impresión 3D continua de fibra de carbono sea lo suficientemente vital como para reemplazar el uso de aluminio con la mitad de su peso.

Para algunas aplicaciones, puede reemplazar la impresión 3D de metal, ya que el filamento es más económico en comparación con el metal.

• Fibras de carbono de nailon

La fibra de carbono de nailon es un compuesto bastante popular en la industria de la impresión 3D de fibra de carbono. Ya dotado de cualidades deseables para la impresión de materiales técnicos, su alto grado de fuerza y ​​alta resistencia al calor lo convierte en una opción popular para la mayoría de los aficionados a la impresión 3D.

Exhibe un alto grado de durabilidad que equilibra la fragilidad original de la fibra de carbono. Su única ruina sigue siendo sus propiedades higroscópicas que imponen una protección ambiental adecuada a las bobinas de fibra de carbono de nailon.

• Fibra de carbono ABS

Es mejor conocido por el uso de productos de consumo moldeados por inyección. Como polímero de base sólida, el carbono ABS conserva un excelente acabado superficial para sus productos. Eso lo hace ideal para aplicaciones en prototipos y piezas de uso final.

La otra cara de la moneda es que requiere una cámara de construcción calentada que solo se encuentra en las impresoras 3D de gama alta.

• Fibra de Carbono PETG

Uno de los materiales reforzados con fibra de carbono más utilizados es la fibra de carbono PETG. Es conocido por resistir los productos químicos y la humedad, lo que lo convierte en un polímero compuesto excelente para aplicaciones en circunstancias tan higroscópicas.

¿Qué impresora 3D puede imprimir fibra de carbono?

No todas las impresoras del mercado se pueden utilizar para imprimir material de fibra de carbono. Para lograr mejores resultados, es posible que deba utilizar impresoras 3D de fibra de carbono especializadas.

No todas las impresoras pueden imprimir con filamento de fibra de carbono 3D, ya que estos materiales requieren una alta temperatura de extrusión de unos 200 grados centígrados. Su forma abrasiva puede arruinar las boquillas de latón de la impresora.

Ejemplos de impresoras 3D de fibra de carbono

Veamos qué impresoras 3D pueden imprimir carbono.

• La Delta WASP 2040 industrial X

Esta impresora está fabricada en Italia por WASP e imprime en varios materiales que incluyen compuestos de fibra de carbono.

WASP 2040 se jacta de un controlador de filamento de doble engranaje para un mejor uso de los materiales compuestos de material de fibra continua.

• Raise 3D E2 CF y Pro2 Plus

Este modelo tiene una característica de doble extrusor independiente. Utiliza filamentos de fibra de carbono y tiene una boquilla de acero endurecido que puede alcanzar los 300 grados centígrados.

• Makerbot METHOD Ediciones de fibra de carbono

Esta impresora 3D está dirigida al mercado de piezas de repuesto para piezas metálicas. Utilizan Nylon reforzado que optimiza la alta resistencia y la resistencia al calor. Disponen de una extrusora de composite con capacidad para manipular materiales abrasivos.

Otra característica fundamental que conserva son los engranajes impulsores de metal endurecido y una boquilla de acero endurecido intercambiable para hacer frente a la temperatura máxima de la boquilla en la impresión 3D de fibra de carbono.

• Fusión 3 F410

Esta impresora sigue siendo excelente para usar con compuestos de carbono. Se sabe que es una máquina perfecta que cuesta menos y tiene una temperatura máxima de boquilla de 300 grados.

La impresora de fibra de carbono Fusion 3 F410 funciona bien con la mayoría de las fibras de carbono reforzadas y su asequibilidad la convierte en la favorita de muchos usuarios de impresoras 3D.

¿Cómo se imprime fibra de carbono?

Los filamentos de fibra de carbono consisten en fibras diminutas infundidas en el material base para mejorar las propiedades del material.

La fuerza de la fibra hace que el filamento sea igualmente fuerte y disfrute de un mayor nivel de rigidez. Permite que las piezas de la impresora 3D sean más ligeras y garantiza la estabilidad dimensional, ya que las fibras reducen la contracción durante el proceso de enfriamiento.

Impresión de fibra de carbono

Antes de comenzar a imprimir, es posible que deba establecer configuraciones de impresión, como la temperatura, la adhesión de la cama, las tasas de extrusión y la velocidad de impresión, de manera similar a las configuraciones estándar utilizadas para el material base fusionado con la fibra.

Es probable que el material de fibra de carbono se obstruya durante la extrusión debido a la fibra añadida y puede requerir hardware especial, más aún una boquilla endurecida, para hacer frente al riesgo de daño.

¿Cuánto cuesta una impresora 3D de carbono?

Las impresoras de fibra de carbono generalmente no son demasiado caras en todos los ámbitos. Su asequibilidad es un gran alivio para las impresoras 3D que utilizan tecnología de fibra de carbono.

La siguiente lista muestra una variedad de impresoras 3D de fibra de carbono que indican la tecnología de impresión 3D que utilizan y sus precios en dólares estadounidenses.

• Delta WASP 2040 usa tecnología FDM y disfruta de un precio de mercado de $4750
• Raise3D E2 CF &Pro2 Plus usa la tecnología FDM y cuesta $4999
• La edición de fibra de carbono de Makerbot Method usa la tecnología FDM y cuesta $4999
• Fusion3 410 usa la tecnología FDM y cuesta $5000
• La pieza de impresión XYZ pro300X usa tecnología FDM y cuesta $5500
• Ultimaker S5 usa FDM y cuesta $5995
• Stratasys F120 usa FDM y cuesta $12000
• Raboze XTREME usa tecnología FDM y cuesta $10000

Filamento de fibra de carbono

El filamento de fibra de carbono es un material compuesto formado por la infusión de diminutas fibras de carbono en una base de polímero. Se parece a los filamentos infundidos con metal, pero en su lugar consiste en fragmentos de fibras.

La base de polímero puede provenir de numerosos materiales de filamentos de impresión 3D populares como ABS, PLA, nailon, PETG y otros materiales. Los filamentos de fibra de carbono contienen partículas cortas con un diámetro de aproximadamente 0,01 mm. Mejora la resistencia de la fibra de carbono y aumenta su fragilidad.

Esta mayor resistencia generada por esta infusión de las partículas diminutas de la fibra de carbono en la base de polímero brinda una excelente estabilidad dimensional que ayuda a evitar la deformación y el encogimiento durante el enfriamiento.

Ventajas

• Mayor resistencia y rigidez
• Buena estabilidad
• Buen acabado superficial
• Estampados ligeros

Contras

• Alabeo y encogimiento
• Filamento abrasivo que desgasta las boquillas de latón

¿Necesito una impresora específica para fibra de carbono para la impresión de fibra de carbono?

La impresión 3D con filamento de fibra de carbono es un poco diferente de la impresión 3D tradicional que utiliza polímeros base. El filamento de fibra de carbono es más rígido que los filamentos normales como el nailon y tiene una textura superficial mate.

Por lo tanto, la impresión 3D puede requerir una boquilla endurecida que puede no estar disponible con las impresoras 3D normales.

La impresión continua de fibra de carbono funciona alimentando un filamento de fibra de carbono constante en el polímero base fundido a medida que se extruye. Por lo tanto, implementar una impresora en particular que pueda hacerlo es el camino a seguir.

El objetivo sigue siendo aumentar la resistencia de la pieza, ya que la impresión de fibra de carbono la refuerza directamente durante el proceso de impresión.

¿Cómo se fabrica el filamento de fibra de carbono?

El filamento de fibra de carbono consiste en filamentos hechos de diferentes materiales poliméricos básicos con diminutas fibras de carbono infundidas.

Las fibras de carbono están compuestas de átomos de carbono unidos en una formación cristalina. Las capas de átomos se arrugan juntas, creando enlaces que disfrutan de una resistencia a la tracción muy alta y la transmiten al producto impreso.

Estas alineaciones de cristal le dan a la fibra de carbono una gran relación fuerza-volumen que permite que la fibra de carbono se convierta en numerosas aplicaciones.

Conclusión

Todo el concepto de fibra de carbono impresa en 3D se desmitifica en este artículo. Este artículo ha servido como una guía detallada de la tecnología de fibra de carbono 3D con varios conceptos definidos y explicados.

Con suerte, ahora está informado de los pros y los contras de usar filamentos de fibra de carbono y los tipos de impresoras 3D que funcionan bien con ellos.

La asequibilidad de las impresoras de fibra de carbono también es un incentivo para adoptar la tecnología que proporciona productos más resistentes que los filamentos de plástico estándar.