Общие сведения о композитных материалах

В предыдущем сообщении блога мы раскрыли основные различия между самыми популярными термопластами для 3D-печати. В то время как их низкая температура плавления и общая простота печати делают детали быстрыми и легкими, термопласты оставляют желать лучшего, когда дело доходит до механических свойств, таких как прочность, жесткость и термостойкость. К счастью, используя технологию, подобную Fused Filament Fabrication (самый популярный процесс печати термопластов), Markforged разработал способ 3D-печати композитов, которые превосходят свойства термопластов почти во всех отношениях.

Прочтите наше Руководство по созданию композитов

Что такое композиты?

Композиты - это материалы, состоящие из двух или более веществ, которые при соединении имеют свойства, отличные от исходных компонентов. Они состоят из двух основных элементов:матрицы и арматуры. Для типичных волокнистых композитов армирование (например, углеродное волокно или стекловолокно) придают желаемую форму и затем покрывают матрицей, часто эпоксидной или термопластичной, для сохранения ее структуры. Композиты выгодны из-за синергетических свойств, возникающих из комбинации материалов, что позволяет им намного превосходить термопласты, сохраняя при этом низкую плотность. На самом деле, многие слои углеродного волокна прочнее стали на одну десятую веса.

Существует множество типов матриц и армирующих материалов, из которых состоят самые разные композитные материалы; в этом посте мы подробно рассмотрим 3D-печатные композиты Markforged, их свойства и идеальные области применения.

Запросить демонстрацию

Композитные материалы, напечатанные на 3D-принтере

Как и любые другие композитные детали, 3D-печатные композиты Markforged состоят из двух компонентов:матрицы и армирования. Наша матрица называется оникс, термопласт на основе нейлона, а армирование является одним из четырех наших непрерывных волокон. Эти армирующие волокна включают углеродное волокно, стекловолокно, высокопрочное высокотемпературное стекловолокно и кевлар®.

Стекловолокно

Стекловолокно - это армирующее волокно начального уровня. Как следует из названия, он состоит из стеклянных волокон, связанных вместе в нить накала. Стекловолокно - хорошее армирующее волокно для начинающих, потому что оно высокоэффективно и при этом недорогое. При изгибе стекловолокно в четыре раза прочнее и в одиннадцать раз жестче, чем АБС. Это эффективный способ начать 3D-печать промышленных инструментов, приспособлений и зажимных приспособлений, которые требуют большей прочности, чем может предложить термопласт.

Углеродное волокно

Углеродное волокно - самое прочное и жесткое из армирующих волокон Markforged. Благодаря соотношению прочности и веса почти вдвое больше, чем у алюминия 6061, детали из углеродного волокна, напечатанные на 3D-принтере, могут превосходить по характеристикам детали, изготовленные из металла. Углеродное волокно также минимально прогибается при нагрузке, что дает ему преимущество над алюминием, которое пластически деформируется при нагрузке.

Поскольку по прочности углеродное волокно не уступает металлу, наши клиенты часто используют его для печати деталей, которые они использовали бы в обычных машинах. Сюда входят мягкие губки, конечные детали и производственные формовочные инструменты.

Кевлар

Кевлар - более специализированное армирующее волокно с уникальными качествами. Он чрезвычайно прочен; детали, армированные кевларом, безотказно выдерживают удары. Это также самое легкое армирующее волокно Markforged, его плотность на 15-20% ниже, чем у других. Одной из наиболее заметных характеристик кевлара является его способность пластически деформироваться без потери прочности. Детали, армированные кевларом, допускают прогиб при максимальной нагрузке, что приводит к более постепенному выходу из строя. Например, углеродное волокно, которое более жесткое, но гораздо более хрупкое, выходит из строя полностью и без предупреждения при максимальной нагрузке. Кевлар же деформируется до тех пор, пока волокна не начинают выходить из строя по одному, что обеспечивает гораздо более предсказуемый выход из строя.

Благодаря своей низкой плотности и превосходной прочности, кевлар является отличным кандидатом для приложений, требующих большого движения и повторяющегося контакта с другими частями. Наши клиенты используют его для 3D-печати концевых эффекторов, манекенов для краш-тестов, механических упоров и других приложений, связанных с переменными нагрузками.

Запросите бесплатный образец детали

Высокопрочный жаропрочный стекловолокно

Стекловолокно HSHT - еще одно специализированное армирование. Как следует из названия, это термостойкая высокопрочная версия стекловолокна. Он сохраняет свою жесткость при температуре до 300 градусов по Фаренгейту. HSHT также демонстрирует невероятную ударопрочность:в 30 раз больше, чем у ABS, и в 100 раз больше, чем у PLA. Кроме того, стекловолокно HSHT - наше самое эластичное волокно; он будет отклоняться при загрузке, а затем вернется к своей исходной форме, когда нагрузка будет снята. Это выгодное свойство для деталей, которые требуют многократного прогиба без остаточной деформации.

Вышеуказанные свойства позволяют HSHT противостоять пластической деформации во время многократного зажима и термического удара в определенных производственных процессах. Наши клиенты используют HSHT для 3D-печати сварочных приспособлений, термоформ, термореактивных форм, вставок для литьевых форм, выдувных форм и деталей для других ударопрочных и высокотемпературных применений.

Композитная 3D-печать

Композитная 3D-печать дает дизайнерам и инженерам возможность использовать разнообразный набор свойств материалов для приложений на протяжении всего производственного цикла. Специализированные свойства четырех волокон, которые мы рассмотрели в этом посте, открывают возможности для применения аддитивного производства там, где его никогда раньше не было.

Хотите узнать, какое место в вашем бизнесе занимает 3D-печать? Поговорите с одним из наших специалисты по продукту обсудить.