Hoje, a tecnologia de fabricação aditiva permitiu a formação de materiais termoplásticos, metais, cerâmicas e resinas fotossensíveis para atender às necessidades de diferentes indústrias, como aeroespacial, automotiva ou biomédica.

Os materiais compósitos atuais, como compósitos reforçados com fibra, também podem ser impressos em 3D. O reforço de materiais compósitos, geralmente na forma de pó ou filamento, possui melhores propriedades mecânicas do que os materiais monômeros de materiais poliméricos tradicionais, como menor densidade, maior rigidez e resistência ao impacto, atraindo cada vez mais atenção para a fabricação aditiva de compósitos. materiais.

Este artigo fornecerá conselhos de especialistas em compósitos sobre como integrar a impressão 3D composta em diferentes cadeias de produção.

Compósito com partículas / Compósito com fibras curtas / Compósito com fibras longas

Material compósito refere-se a uma classe de materiais em que uma segunda fase mais forte é composta no material da matriz para alcançar um reforço significativo do material da matriz. De acordo com o tipo de material da matriz, ela pode ser dividida em compósitos de matriz polimérica, compósitos de matriz cerâmica e compósitos de matriz metálica, geralmente referindo-se a compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra. Entre eles, os materiais compósitos reforçados com fibra de carbono e fibra de vidro mais comumente usados, fibra de vidro e fibra de carbono como materiais leves de alta resistência após compósitos com materiais poliméricos, podem manter a luz do material enquanto melhoram significativamente a resistência e a rigidez do material. Os compósitos reforçados com fibra podem ser divididos em compósitos reforçados com fibra longa (fibra contínua) e compósitos reforçados com fibra curta (fibra não contínua) de acordo com a morfologia das fibras da fase reforçada. Os plásticos reforçados com fibra de carbono (CFRP) têm sido amplamente utilizados em muitos campos, como aeroespacial, automotivo e de artigos esportivos, devido às suas características de leveza e alta resistência. Os plásticos reforçados com fibra de vidro (GFRP) não são tão fortes quanto o CFRP, mas sua excelente resistência à corrosão e propriedades dielétricas os tornam ideais para aplicações na indústria elétrica.

Compostos LGF e LCF

É importante notar aqui que a forma como a impressão 3D também é significativamente diferente para diferentes tipos de fibras.

A fibra curta pode ser adicionada diretamente ao material polimérico da matriz e preparada em seda após distribuição uniforme.

A adição de fibras longas contínuas requer impressão e aplicação separadas, mas requer o uso de impressoras 3D especiais.

Comparados aos materiais de reforço de fibra curta que podem ser adicionados aos polímeros convencionais, os compósitos de fibra contínua são mais caros de produzir, mas possuem propriedades superiores. Os materiais compósitos de fibras contínuas podem ser fabricados por uma variedade de métodos, mas geralmente precisam ser colocados manualmente, camada por camada, e exigem o uso de moldes e equipamentos de cura caros. A vantagem da impressão 3D é que a preparação automática de materiais compósitos pode ser alcançada enviando fibras contínuas e materiais de matriz, respectivamente, através de dois bicos.

Para o processo de impressão 3D de materiais compósitos, o material da matriz e o material da fibra determinam juntos o processo de impressão, considerando que o processo atual possui uma gama muito ampla de materiais disponíveis, portanto a maioria das impressoras FDM podem realizar a impressão de materiais compósitos de fibra curta. Porém, para compósitos reforçados com fibra contínua, o processo FDM comum apresenta um desafio maior, pois envolve um dispositivo que deposita fibra de carbono contínua no substrato através de um bico e a corta conforme necessário, além da configuração da impressora 3D ser crucial. A direção da extrusão da fibra afeta diretamente a direção da distribuição da fibra e também determina as propriedades mecânicas dos materiais compósitos impressos em 3D. Portanto, a configuração da impressora também deve ser cuidadosamente projetada de acordo com as propriedades mecânicas do material compósito necessário. Em contraste, a direção da distribuição das fibras em compósitos reforçados com fibras curtas é relativamente aleatória, de modo que a direção de impressão tem pouca influência nas propriedades mecânicas dos compósitos reforçados com fibras curtas.

Impressão FDM

A impressão 3D de materiais compósitos tem as mesmas vantagens que a impressão 3D de outros materiais, menor tempo de produção, menor consumo de material e possibilidade de estruturas mais complexas.

Além disso, a impressão 3D de materiais compósitos pode regular o desempenho da peça impressa, projetando a forma como as fibras são distribuídas. Isto é especialmente verdadeiro quando se imprime com compósitos contínuos reforçados com fibra. Nas mesmas condições de operação, pode produzir peças várias vezes mais leves que as peças metálicas. A redução de peso é particularmente importante para aplicações de alto desempenho, como aeroespacial, robótica, esportes e saúde, pois peças mais leves significam menor consumo de energia, menores custos de transporte e produtos de maior qualidade.

O uso de compósitos impressos em 3D nos próximos anos verá um progresso significativo em termos de tamanho, produtividade e propriedades mecânicas. A análise de mercado da SmarTech indica que o mercado global de compósitos crescerá 22,3% nos próximos cinco anos.

A impressão 3D de compósitos de fibra contínua ainda enfrenta alguns desafios, mas também suporta projetos estruturais mais flexíveis para obter componentes compósitos com melhores propriedades. Por exemplo, o desempenho pode ser otimizado por estrutura treliçada reforçada com fibra, direção de fibra, reforço local e outros métodos de projeto combinados com os cenários reais de aplicação e distribuição de carga dos componentes.

Xiamen LFT Composite Plastic Co., LTD foi fundada em 2009, é uma marca fornecedora global de materiais termoplásticos reforçados com fibra longa que integra pesquisa e desenvolvimento de produtos (P&D), produção e marketing de venda. Nossos produtos LFT passaram pela certificação do sistema ISO9001 e 16949 e obtiveram muitas marcas e patentes nacionais, cobrindo as áreas automotiva, peças militares e armas de fogo, aeroespacial, novas energias, equipamentos médicos, energia eólica, equipamentos esportivos, etc.