Aluminium onderdelen vervangen door 3D-geprinte koolstofvezel

Onlangs heeft een groot tekort aan aluminium bij industriële leveranciers geleid tot forse prijsstijgingen. Sinds januari 2021 zijn de aluminiumprijzen met meer dan 50% gestegen en de projectverhogingen van experts zullen de komende twee jaar duren.

Volgens Jyske Bank is het wereldwijde aluminiumtekort terug te voeren op een verhoogd materiaalverbruik als gevolg van drie factoren:meer uitgaven aan consumptiegoederen door stimuleringspakketten, meer investeringen in duurzame technologie die afhankelijk is van het gebruik van aluminium (zoals windturbines, elektrische auto's) en Chinese productie en consumptie van aluminium.

In het licht van dit aluminiumtekort biedt Markforged Carbon Fiber een geschikt alternatief, aangezien veel van onze klanten het gebruiken om onderdelen van bewerkt aluminium te vervangen. Koolstofvezel heeft de hoogste sterkte-gewichtsverhouding van onze versterkende vezels. Zes keer sterker en achttien keer stijver dan Onyx, wordt koolstofvezelversterking vaak gebruikt voor onderdelen die machinaal bewerkt aluminium vervangen.

Wanneer het in een composietbasismateriaal zoals Onyx wordt gelegd, kan het onderdelen opleveren die zo sterk zijn als 6061-T6 aluminium. Als materiaal is het extreem stijf en sterk en kan het automatisch door Markforged 3D-printers in een grote verscheidenheid aan geometrieën worden neergelegd om geoptimaliseerde onderdelen te produceren.

Wat is koolstofvezel?

Koolstofvezels zijn opgebouwd uit koolstofatomen die zijn georganiseerd in lange, kristallijne vezels met een diameter van slechts 5-10 micron. In de moderne productie worden enkele duizenden koolstofvezels samengebundeld tot kabels en gecombineerd met andere materialen om een ​​composiet te vormen. Wanneer ze worden samengevoegd met een thermoplastische of thermohardende harsmatrix, kunnen kabels van koolstofvezel verschillende vormen aannemen voor gebruik in technische toepassingen.

De specifieke materiaaleigenschappen van koolstofvezel maken het ideaal voor een breed scala aan toepassingen, waaronder:

• Hoge stijfheid en treksterkte (zo sterk als aluminium)
• Veel lagere relatieve dichtheid dan staal en aluminium
• Bestand tegen hitte en chemicaliën

Wat maakt koolstofvezel een ideale vervanging voor aluminium?

Met behulp van continue vezelversterking (CFR) kan koolstofvezel een vergelijkbare sterkte bereiken als aluminium, met de mogelijkheid om machinaal bewerkte componenten in de toepassing te vervangen. Dit komt door de verbeterde stijfheid, slagvastheid, hittebestendigheid en duurzaamheid.

CFR biedt flexibiliteit in hoe gebruikers continue vezels in hun onderdelen kunnen implementeren - gebruikers kunnen bepalen hoeveel koolstofvezel in onderdelen wordt ingebracht, en ook waar specifiek in de onderdelen de koolstofvezelkabels worden geplaatst.

Koolstofvezel eigenschappen

Vergeleken met 6061 aluminium heeft 3D-geprinte koolstofvezel een 50% hogere sterkte-gewichtsverhouding in buiging en een 300% hogere verhouding in een trekmoment. Doorlopende versterking van koolstofvezel is gebruikt om conforme mallen/bevestigingen en speciaal gereedschap te creëren voor enkele van de grootste en meest prestigieuze wereldwijde bedrijven tot eenmalige eindgebruiksonderdelen voor hoogwaardige motorsporttoepassingen.

Bovendien heeft versterkte koolstofvezel een buigsterkte van 540 MPa, vergeleken met 6061-T6 aluminium (<480 MPa).

Klik hier voor een uitgebreid overzicht van de sterktemetingen van koolstofvezel.

Hoe werkt afdrukken op koolstofvezel?

Markforged-printers beginnen met het vormen van de buitenste schil en de vulling van het onderdeel met behulp van Onyx, een thermoplast gevuld met gehakte koolstofvezels met korte strengen. Deze stap van het proces staat bekend als fused filament fabricage (FFF).

Een secundair mondstuk wordt vervolgens gebruikt om de continue vezelversterking (CFR) met lange strengen in te brengen, waardoor selectief de omtrek, bepaalde kenmerken of hele lagen van het onderdeel worden versterkt. Met behulp van CFR kunnen onderdelen op verschillende manieren strategisch worden versterkt om aan verschillende specifieke laadomstandigheden te voldoen.

Meer vragen? Praat met een expert

Bronnen

Inleidende gids:3D-printen met koolstofvezel

Koolstofvezelsterktemetingen (ASTM)