TUDO O QUE VOCÊ PRECISA SABER SOBRE A IMPRESSÃO 3D EM FIBRA DE CARBONO

Antes de começar com a impressão 3D em Fibra de Carbono, compilamos algumas das informações básicas que você precisa saber. Continue lendo para aprender as vantagens, desvantagens, história e aplicações da impressão 3D em Fibra de Carbono

Filamento de fibra de carbono de nylon e gabarito de alinhamento impresso em 3D
Filamento de Fibra de Carbono de nylon e gabarito de alinhamento impresso em 3D

A manufatura aditiva cresceu bastante em seus 30 anos de existência. Mas o que é mais impressionante é o amadurecimento da impressão 3D de mesa nos últimos 10. O que antes era uma coleção de kits DIY para amadores e projetos de impressão principalmente PLA e ABS (com resultados mistos na melhor das hipóteses) se desenvolveu em uma gama de produtos que podem servir até os profissionais mais exigentes usam materiais mais exóticos como Fibra de Carbono e outros compósitos.

Com essa rápida expansão de materiais exóticos, surge uma curva de aprendizado. Neste artigo, discutiremos a Fibra de Carbono como um material, passando por um pouco de sua história, benefícios e aplicações e, claro, as coisas que você vai querer saber antes de começar com a impressão 3D de Fibra de Carbono.


ENTENDENDO A FIBRA DE CARBONO COMO MATERIAL

A Fibra de Carbono vem em muitas formas diferentes. Pode ser usado em conjunto com resina e moldes; pode ser combinado com polímeros em forma composta. Ele tem sido usado para tudo, desde lâmpadas a carros de corrida de alto desempenho – e está até sendo testado em foguetes com destino a Marte. Embora as aplicações sejam amplas, o benefício mais óbvio da Fibra de Carbono é sua alta relação resistência / peso.

História

As fibras de carbono foram descobertas por Thomas Edison no final do século 19 para uso como filamento nas primeiras lâmpadas. No final dos anos 1950, a Union Carbide Corporation percebeu pela primeira vez os benefícios de resistência que poderiam ser alcançados por meio de técnicas de processamento adicionais. Nos 50 anos seguintes, as técnicas de fabricação avançaram ainda mais e hoje a Fibra de Carbono se tornou onipresente com produtos de alto desempenho, de carros de corrida a aviões.

Thomas Edison usou fibras de carbono como filamentos em suas primeiras lâmpadas
Thomas Edison usou fibras de carbono como filamentos em suas primeiras lâmpadas
Fonte: Real Engineering

Processos de fabricação

A fabricação de fibra de carbono é complexa e cara
A fabricação de Fibra de Carbono é complexa e cara
Fonte: Materiais AZO

Em geral, toda a Fibra de Carbono é produzida a partir de um processo de seis etapas. PAN (poliacrilonitrila) é obtido como um subproduto do petróleo e é normalmente o material preferido a partir do qual a Fibra de Carbono é produzida. PAN é misturado com outros ingredientes e fiado em fibras que são tão finas quanto 10% da espessura de um cabelo humano. As fibras são então oxidadas para estabilizar a ligação antes de passar pela carbonização durante a qual as fibras são aquecidas a temperaturas de 1000 ° C para remover as impurezas. A superfície é então tratada para melhorar a ligação antes da etapa final de colagem em que as fibras são revestidas e fiadas em fios de diferentes espessuras.

O fio de Fibra de Carbono pode então ser processado de várias maneiras, dependendo da aplicação final. O fio pode ser tecido em folhas ou, no caso da impressão 3D de Fibra de Carbono, o fio pode ser cortado em fibras curtas, misturado com um polímero de base e, em seguida, extrudado em filamento de impressão 3D.

Fonte: Hexcel

Fibras de carbono picadas prontas para serem adicionadas a um polímero de base para formar um composto de impressão 3D
Fibras de carbono picadas prontas para serem adicionadas a um polímero de base para formar um composto de impressão 3D

Formulários

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As equipes de corrida de alto desempenho na Fórmula 1 e outros circuitos precisam ser fortes e leves para maximizar a velocidade e agilidade. A rigidez da Fibra de Carbono combinada com seu baixo peso torna o material perfeito.

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Fonte: SpaceX

Desenvolvimentos aeroespaciais de ponta mostraram que a Fibra de Carbono é um material fantástico para reforçar asas e corpos de aviões e estão até sendo testados para foguetes de última geração – em ambos os casos, peso leve significa que mais combustível pode ser transportado e maiores distâncias podem ser alcançadas.

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Muitas empresas de artigos esportivos se aventuraram no uso de compostos de Fibra de Carbono de última geração para obter uma vantagem competitiva – especialmente quando se trata de atletismo profissional, como ciclismo e golfe.

Dual Gripper Hero

Fábricas, oficinas mecânicas e outras instalações de manufatura que usam robótica podem usar impressão 3D de Fibra de Carbono para produzir ferramentas de fim de braço que podem sustentar um alto grau de força enquanto ocupam a quantidade mínima de capacidade de elevação do braço robótico.

IMPRESSÃO 3D DE MODELAGEM DE DEPOSIÇÃO FUNDIDA (FDM) DE FIBRA DE CARBONO

A impressão 3D de Fibra de Carbono significa escolher os compostos certos para sua aplicação. O polímero base pode ditar as propriedades finais da peça, bem como as considerações que entram na experiência de impressão 3D. Abaixo, você verá uma variedade de compostos na impressão 3D de Fibra de Carbono e alguns de seus pontos fortes e fracos.

PARÂMETROImperialMétrica
Deflexão de calor (ASTM 648, 66 psi)363°F184°C
Resistência à tração (ISO 527)16.000 psi110 MPa
Módulo de tração (ISO 527)1.102.000 psi7.600 MPa
Tensão no rendimento (ISO 527)2%2%

Especificações para Fibra de Carbono de Nylon MakerBot


COMPÓSITOS POPULARES DE FIBRA DE CARBONO

Como mencionado anteriormente, a impressão 3D de náilon em FDM é um pouco difícil, mas com as ferramentas certas pode ser usada para produzir resultados consistentes. Começaremos com alguns dos desafios comuns da impressão 3D de náilon.

Fibra de nylon de carbono

A fibra de nylon de carbono é um dos compostos mais populares quando se trata de impressão 3D de Fibra de Carbono. Isso porque o Nylon já possui propriedades desejáveis ​​para tarefas de engenharia. Possui um alto grau de resistência e alta resistência ao calor. Ele também tem um alto grau de durabilidade que equilibra a fragilidade da própria Fibra de Carbono. Uma desvantagem potencial do náilon é sua higroscopicidade, tornando ainda mais importante ter um ambiente protegido para carretéis de fibra de náilon e carbono, como uma bolsa de mylar e um compartimento de material selado.

Fibra de Carbono ABS

O ABS é um material bem conhecido graças ao seu uso comum em produtos de consumo moldados por injeção. Na impressão 3D de Fibra de Carbono, o ABS funciona como um polímero de base sólida devido às suas propriedades. A Fibra de Carbono ABS também tende a ter um acabamento de superfície muito bom que quase sempre é bem-vindo, quer a aplicação seja um protótipo ou peça de uso final. Uma desvantagem da Fibra de Carbono ABS é que ela requer o uso de uma câmara de construção aquecida, que normalmente só é encontrada em impressoras 3D de ponta.

PETG Fibra de Carbono

PETG é um material conhecido por sua resistência a produtos químicos e umidade em geral, tornando-o um bom polímero composto para impressão 3D de Fibra de Carbono em aplicações que passam por tal exposição. Exemplos dessas aplicações incluem peças que encontrarão refrigerantes ou simplesmente produtos que estarão ao ar livre em climas chuvosos.

(Alternativa) fibra de vidro

O carbono não é o único material de preenchimento para compósitos de impressão 3D. A fibra de vidro é uma alternativa à impressão 3D de Fibra de Carbono quando se deseja um produto final mais flexível. Ele pode ser composto com muitos dos mesmos tipos de materiais e pode produzir alta resistência de maneira semelhante à Fibra de Carbono.


VANTAGENS

➜ Forte e leve: A propriedade mais conhecida da Fibra de Carbono é sua relação resistência / peso, por isso é freqüentemente usada em produtos de alto desempenho. Isso graças à sua baixa densidade.

➜ Resistência ao calor: A Fibra de Carbono é capaz de suportar temperaturas mais altas do que muitos polímeros e até mesmo aumentar o HDT desses polímeros quando misturados para formar um composto.

➜ Rigidez: Embora alguns polímeros possam ter alta resistência e durabilidade, isso geralmente ocorre em detrimento da rigidez. A capacidade da Fibra de Carbono de manter sua forma sob alto estresse é uma grande vantagem para muitas aplicações.


DESVANTAGENS

➜ Caro : devido aos complexos processos de fabricação da Fibra de Carbono, o material é conhecido por ser mais caro, o que o torna um luxo, razão pela qual aparece em produtos de ponta, mas não no mercado de massa.

➜ Frágil : Uma desvantagem da alta rigidez é que a Fibra de Carbono pode quebrar sob força de alto impacto. Isso significa que aplicações com tais forças não serão ideais para Fibra de Carbono.


ONDE COMPRAR?

Os materiais compostos de Fibra de Carbono podem ser comprados de fabricantes de filamentos ou fabricantes de impressoras 3D. Para o MÉTODO MakerBot, recomendamos o uso de Fibra de Carbono de Nylon MakerBot, pois ela é otimizada para fornecer ótimos resultados. Outros compostos de impressão 3D de Fibra de Carbono para METHOD podem ser encontrados no MakerBot LABS.

Procurando uma plataforma de impressão 3D profissional que funcione com uma variedade de materiais de qualidade de manufatura? Saiba mais em makerbot.com/carbon.

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