Composietmaterialen begrijpen

In een vorige blogpost hebben we de belangrijkste verschillen tussen de meest populaire 3D-print thermoplasten uiteengezet. Terwijl hun lage smelttemperatuur en algemene eenvoud van printen zorgen voor snelle en gemakkelijke onderdelen, laten thermoplasten te wensen over als het gaat om mechanische eigenschappen zoals sterkte, stijfheid en hittebestendigheid. Gelukkig heeft Markforged, door gebruik te maken van een technologie die vergelijkbaar is met Fused Filament Fabrication (het meest populaire thermoplastische printproces), een manier ontwikkeld om composieten in 3D te printen die de eigenschappen van thermoplasten in bijna alle opzichten overtreffen.

Lees onze Composites Design Guide

Wat zijn composieten?

Composieten zijn materialen gemaakt van twee of meer stoffen die, wanneer ze worden gecombineerd, eigenschappen hebben die verschillen van de oorspronkelijke componenten. Ze bestaan ​​uit twee hoofdelementen:een matrix en een wapening. Voor typische vezelcomposieten wordt de wapening (bijvoorbeeld koolstofvezel of glasvezel) in de gewenste vorm gevormd en vervolgens bedekt met een matrix, vaak een epoxy of een thermoplast, om zijn structuur te behouden. Composieten zijn gunstig vanwege de synergetische eigenschappen die voortkomen uit de combinatie van materialen, waardoor ze veel beter presteren dan thermoplasten terwijl ze een lage dichtheid behouden. Veel lay-ups van koolstofvezel zijn zelfs sterker dan staal met een tiende van het gewicht.

Er zijn talloze soorten matrices en versterkingen waaruit veel verschillende composietmaterialen bestaan; in dit bericht zullen we specifiek kijken naar de 3D-geprinte composieten van Markforged, hun eigenschappen en ideale toepassingen.

Vraag een demo aan

3D-geprinte composieten

Net als alle andere composietonderdelen, bestaat de 3D-geprinte composieten van Markforged uit twee componenten:een matrix en een wapening. Onze matrix heet Onyx, een thermoplast op nylonbasis, en de versterking is een van onze vier continue vezels. Deze versterkingsvezels omvatten koolstofvezel, glasvezel, zeer sterk glasvezel bij hoge temperatuur en Kevlar®.

Glasvezel

Glasvezel is onze versterkingsvezel op instapniveau. Zoals de naam al doet vermoeden, is het samengesteld uit glasvezels die aan elkaar zijn gebonden tot een filament. Glasvezel is een goede versterkingsvezel voor beginners omdat het goed presteert en toch goedkoop blijft. In buiging is glasvezel vier keer sterker en elf keer stijver dan ABS. Dit biedt een effectieve manier om te beginnen met het 3D-printen van industriële gereedschappen, armaturen en werkstukken die meer kracht vereisen dan een thermoplast zou kunnen bieden.

Koolstofvezel

Koolstofvezel is de sterkste en stijfste van Markforged's versterkingsvezels. Met een sterkte-gewichtsverhouding die bijna twee keer zo groot is als die van 6061 aluminium, kunnen 3D-geprinte koolstofvezelonderdelen beter presteren dan die welke uit metaal zijn vervaardigd. Koolstofvezel buigt ook minimaal door wanneer het wordt belast, waardoor het een voorsprong heeft op aluminium dat plastisch vervormt als het wordt geladen.

Omdat de sterkte van koolstofvezel die van metaal evenaart, gebruiken onze klanten het vaak om onderdelen te printen die ze normaal zouden maken. Dit omvat zachte kaken, onderdelen voor eindgebruik en productievormende gereedschappen.

Kevlar

Kevlar is een meer gespecialiseerde versterkingsvezel met unieke eigenschappen. Het is extreem duurzaam; onderdelen versterkt met Kevlar kunnen tegen een stootje zonder te falen. Het is ook de lichtste van Markforged's versterkingsvezels, met een dichtheid die 15-20% lager is dan de andere. Een van de meest opvallende kenmerken van Kevlar is het vermogen om plastisch te vervormen zonder kracht te verliezen. Kevlar-versterkte onderdelen laten wat meegeven wanneer ze naar het maximum worden geladen, wat resulteert in een meer geleidelijke storingsmodus. Koolstofvezel bijvoorbeeld, dat stijver is, maar veel brozer, faalt volledig en zonder waarschuwing wanneer het maximaal wordt belast. Kevlar, aan de andere kant, vervormt totdat vezels één voor één beginnen te bezwijken, wat een veel voorspelbaardere mislukking oplevert.

Vanwege de lage dichtheid en superieure duurzaamheid is Kevlar een geweldige kandidaat voor toepassingen met veel beweging en herhaald contact met andere onderdelen. Onze klanten gebruiken het om eindeffectors, crashtestdummies, mechanische stops en andere toepassingen met variabele belastingen in 3D te printen.

Vraag een gratis proefstuk aan

Hoge sterkte glasvezel op hoge temperatuur

HSHT-glasvezel is een andere gespecialiseerde wapening. Zoals de naam al doet vermoeden, is het een hittebestendige, zeer sterke versie van glasvezel. Het behoudt zijn stijfheid bij temperaturen tot 300 graden Fahrenheit. HSHT vertoont ook een ongelooflijke slagvastheid:30x die van ABS en meer dan 100x die van PLA. Bovendien is HSHT-glasvezel onze meest elastische vezel; het zal doorbuigen als het wordt geladen, en zal dan terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer de lading wordt verwijderd. Dit is een voordelige eigenschap voor onderdelen die herhaaldelijk moeten doorbuigen zonder blijvende vervorming.

De bovenstaande eigenschappen zorgen ervoor dat HSHT bestand is tegen plastische vervorming tijdens het herhaaldelijk klemmen en thermische schokken van bepaalde productieprocessen. Onze klanten gebruiken HSHT voor het 3D-printen van lasopstellingen, thermovormen, thermohardende matrijzen, inzetstukken voor spuitgieten, blaasvormen en onderdelen voor andere toepassingen met hoge impact en hoge temperaturen.

Samengesteld 3D-printen

Samengesteld 3D-printen geeft ontwerpers en ingenieurs de mogelijkheid om gedurende de gehele productiecyclus gebruik te maken van een diverse reeks materiaaleigenschappen voor toepassingen. De gespecialiseerde eigenschappen van de vier vezels die we in dit bericht hebben behandeld, bieden kansen om additieve productie toe te passen waar dat nog nooit eerder is gebeurd.

Wilt u weten waar 3D-printen in uw bedrijf past? Praat met een van onze productspecialisten om te bespreken.