Morda ste opazili, da vse več podjetij ustvarja dele s 3D-tiskom kompozitov. Čeprav se ta izraz vse pogosteje uporablja, se morda še vedno sprašujete, kaj točno so kompozitni materiali in zakaj se uporabljajo v aditivni proizvodnji. IDTechEx je objavil zanimivo študijo, ki predvideva, da bo trg 3D-tiska s kompoziti lahko v naslednjih desetih letih dosegel vrednost 1,73 milijarde dolarjev – milo rečeno impresivna rast!

 

 

Spletni portal 3Dnatives je pripravil kratek vodič po 3d-tisku s kompoziti in z vami delimo prevod prispevka. Na splošno bi celo beton lahko šteli za kompozit, ker gre za material, sestavljen iz več različnih materialov. Vendar se izraz najpogosteje uporablja z inženirskega vidika in označuje material, ki je bil ojačan z vlakni. Čeprav so vlakna zelo koristna, če jih kombiniramo z drugim materialom, jih skoraj nikoli ne uporabimo za ustvarjanje kosa. Namesto tega se dodajo matričnemu materialu v obliki kratkih vlaken ali v obliki neprekinjene ojačitve vlaken. Ena izmed najbolj priljubljenih v industriji 3D-tiska so ogljikova vlakna, ker imajo eno najbolj optimalnih razmerij trdnosti in teže.

3D-natisnjen del, ojačan z ogljikovimi vlakni. Vir: 9TLabs

 

Zakaj ojačati material z vlakni?

Kompoziti so izjemno koristni pri izdelavi lahkih, a močnih delov. Vlakna delu dodajo moč, brez da bi ga obtežila. Kot smo že omenili, obstajata dve vrsti ojačitev, rezana vlakna ali neprekinjena vlakna. V prvem primeru se rezana vlakna, ki so sestavljena iz segmentov krajših od milimetra, vmešajo v tradicionalne termoplastike, da se poveča togost in v manjši meri trdnost komponent. Rezana vlakna lahko mešamo s termoplastiko, kot je najlon, ABS ali PLA. Vsak proizvajalec bo svojemu polimeru dodal različne količine rezanih vlaken v različnih mešanicah, kar povzroči nitke z različno trdnostjo. Zavedati se morate tudi, da bo na kakovost tiska vplivala količina rezanih vlaken. Nad določeno mejo bo 3- natisnjeni del izgubil površinsko obdelavo.
Najvišjo zmogljivost zagotavlja neprekinjena ojačitev vlaken. Postopek izdelave delov iz neprekinjenih kompozitnih vlaken ni tako enostaven, kot deli iz kompozitov iz kratkih vlaken, ker je treba vlakna neprekinjeno integrirati v termoplastiko, medtem, ko se ta iztiska. Vlakna se lahko odlagajo tudi v skladu s konstrukcijskimi tehnikami, ki optimizirajo razmerje med trdnostjo in maso dela ter porabo materiala, znane tudi kot tehnike DfAM (Design for Additive Manufacturing). Proizvajalci trdijo, da lahko z neprekinjeno ojačitvijo vlaken ustvarite dele močne, kot kovina.
Kar zadeva vlakna, ki so na voljo na trgu, so ogljikova vlakna nedvomno najbolj priljubljena. V industriji se pogosto uporabljajo tudi steklena vlakna, običajna vrsta plastike, ojačane z vlakni, s steklenimi vlakni in kevlar, toplotno odporna in močna sintetična vlakna. Steklena vlakna so stroškovno učinkovit material za dodajanje trdnosti plastiki in Kevlar ima visoko odpornost na udarce, saj se upogiba, namesto da se zlomi.

Programska oprema podjetja Anisoprint lahko ustvari različne vrste neprekinjenih polnil, ojačenih z vlakni | Vir: Anizoprint

Katere tehnologije so na trgu?

Možnost tiska z ojačitvenimi materiali je bil cilj številnih zagonskih podjetij v sektorju 3D-tiska V zadnjih letih opažamo, da se na trg pojavlja vse več strojev in tehnologij, ki omogočajo nove aplikacije, zlasti v industrijskih sektorjih, kot sta vesoljska in avtomobilska industrija.
V bistvu se tehnologija razlikuje glede na vrsto kompozita, o katerem govorimo. Kompoziti z rezanimi vlakni se lahko ekstrudirajo v običajnem postopku FDM, saj nitka že vsebuje vlakna. Po drugi strani pa je 3D-tiska z neprekinjenimi vlakni zahtevnejši postopek, ki zahteva istočasno tiskanje dveh šob. Običajno bo ena šoba iztisnila termoplastiko, druga pa vlakno. Različni proizvajalci svojo tehnologijo tržijo pod različnimi imeni, vendar je ideja bolj ali manj enaka.

Na levi strani lahko vidite rezana vlakna, ki so sestavljena iz segmentov, krajših od milimetra. Na desni je nitka ojačana s temi kratkimi vlakni. | Vir: Markforged

Markforged ga na primer imenuje neprekinjena izdelava filamentov (CFF), medtem ko ga Anisoprint imenuje kompozitna koekstruzija vlaken (CFC). V zadnjem času se je tudi Desktop Metal pridružil dirki za zadovoljitev povpraševanja po tej tehnologiji z uvedbo novega sistema, imenovanega Fiber. Ta uporablja mikro avtomatizirano postavitev vlaken (μAFP), ki prav tako temelji na dveh tiskalnih glavah, da nenehno krepi ekstrudirano termoplastiko. Zanimiva tehnologija je lastniški postopek podjetja AREVO, ki temelji na tehnologiji Directed Energy Deposition, pri katerem se laser uporablja za ogrevanje filamenta in ogljikovih vlaken hkrati, ko valjček stisne oba skupaj.
Impossible Objects in EnvisionTEC so v svoj nabor naprav dodali tudi sisteme za 3D-tisk z neprekinjenimi vlakni, vendar se tehnologija nekoliko razlikuje. S pomočjo postopka laminiranja vpletejo liste iz ogljikovih vlaken v tisk. Nenazadnje pa tudi Continuous Composites uporablja hibridno tehnologijo, pri kateri se pramen vlaken namoči s smolo in nato strdi z uporabo UV svetlobe, podobno kot pri SLA 3D-tisku.

Kdo so najbolj pomembne figure na trgu in kakšne so njihove aplikacije?

Na tem trgu se hitro pojavljajo “novi igralci”, na primer mladi 9T Labs s sedežem v Švici je ustvaril dodaten sistem za običajne 3D-tiskalnike, ki omogoča neprekinjeno 3D-tiskanje z vlakni. Postopek 3D-tiska imenujejo Additive Fusion Technology (AFT); ojačitev pa je narejena iz materiala, napolnjenega z ogljikom, ne ravno iz čistih ogljikovih vlaken. Seveda ste slišali za glavne akterje v tem sektorju, vključno z Anisoprint, CEAD, Markforged ali Roboze. EnvisionTec, Impossible Objects in Desktop Metal so ponudbi dodali tudi sisteme, ki omogočajo 3d-tisk z neprekinjenimi vlakni v svojo paleto naprav.

Naprave Anisoprint najdete tudi v naši ponudbi. Za več informacij nas kontaktirajte.

 

Vir: 3dnatives.com