
Για χρόνια, οι ίνες άνθρακα και η τρισδιάστατη εκτύπωση ζούσαν σε ξεχωριστούς κόσμους. Σύνθετα ανήκαν σε αυτοκλάβες, καλούπια και εξειδικευμένους laminators. Η προσθετική κατασκευή ανήκε σε πρωτότυπα, στηρίγματα και πλαστικά που ήταν φθηνά αλλά αδύναμα. Αυτός ο διαχωρισμός έχει φύγει. Η ίνα άνθρακα στην τρισδιάστατη εκτύπωση είναι τώρα μια πραγματική διαδρομή παραγωγής και έχει αλλάξει ήσυχα αυτό που μπορεί να κατασκευάσει ένας εκτυπωτής.
Ο λόγος είναι απλός. Η εκτύπωση δίνει ελευθερία στη γεωμετρία, ενώ η ίνα άνθρακα δίνει σκληρότητα και αντοχή. Βάλτε τα δύο μαζί και παίρνετε μέρη που είναι ελαφρά, άκαμπτα και σχηματισμένα με τρόπους που η μορφοποίηση δεν μπορεί εύκολα να αντιγράψει. Για βιομηχανίες που χρειάζονται προσαρμοσμένες δομές σε χαμηλούς έως μεσαίους όγκους, αυτός ο συνδυασμός είναι δύσκολο να αγνοηθεί.
Αυτό το άρθρο καλύπτει τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιείται η ίνα άνθρακα στην προσθετική κατασκευή, ποιες μορφές υλικών λειτουργούν καλύτερα, τις μεθόδους εκτύπωσης που έχουν σημασία και τι πρέπει να εξετάσουν οι αγοραστές πριν καθορίσουν τυπωμένα σύνθετα μέρη.
Τα τυποποιημένα νήματα εκτύπωσης όπως το PLA, το PETG και το ABS είναι βολικά, αλλά τα μηχανικά τους όρια εμφανίζονται γρήγορα. Ένα τυπωμένο στήριγμα ευέλικτα. Ένα τυπωμένο τζιγκ παρασύρεται κάτω από φορτίο. Ένα τυπωμένο σπίτι σέρνεται σε ζεστές συνθήκες. Οι μηχανικοί φτάνουν γρήγορα στο σημείο όπου η γεωμετρία από μόνη της δεν μπορεί να αντισταθμίσει ένα μαλακό υλικό.
Η μονάδα έντασης για κοινά πλαστικά εκτύπωσης βρίσκεται σε χαμηλό εύρος, συχνά μεταξύ 2 και 3,5 GPa. Το αλουμίνιο είναι περίπου 70 GPa. Αυτό το κενό εξηγεί γιατί τα τυπωμένα πλαστικά μέρη αισθάνονται ευέλικτα και γιατί σπάνια εμπιστεύονται για το δομικό καθήκον. Η προσθήκη ινών άνθρακα δεν μετατρέπει το πλαστικό σε μέταλλο, αλλά μπορεί να αυξήσει την ακαμψία αρκετές φορές και να μειώσει την θερμική επέκταση ταυτόχρονα.
Η τεμαχισμένη ή συνεχής ενίσχυση ινών άνθρακα βελτιώνει τρία πράγματα ταυτόχρονα: την ακαμψία, τη σταθερότητα των διαστάσεων και την αντοχή. Τα μέρη κρατούν το σχήμα τους καλύτερα υπό φορτίο, στρέβονται λιγότερο όταν θερμαίνονται και αντιστέκονται στη παραμόρφωση για περισσότερο χρόνο. Το συμβιβασμό είναι ότι το υλικό γίνεται πιο abrasive, πιο ακριβό, και λιγότερο συγχωρητικό για την εκτύπωση, γι 'αυτό ο έλεγχος της διαδικασίας έχει σημασία περισσότερο από ό, τι με απλό νήμα.
Δεν υπάρχει ένας μοναδικός τρόπος εκτύπωσης σύνθετων ινών άνθρακα. Τέσσερις προσεγγίσεις καλύπτουν τις περισσότερες βιομηχανικές και εργαστηριακές χρήσεις σήμερα, και κάθε μία ταιριάζει σε μια διαφορετική ισορροπία κόστους, δύναμης και πολυπλοκότητας.
Αυτή είναι η πιο προσβάσιμη διαδρομή. Η κομμένη ίνα άνθρακα συνδυάζεται σε ένα θερμοπλαστικό πέλετ, στη συνέχεια εξωθείται σε νήμα για εκτυπωτές FDM. Τα μέρη που κατασκευάζονται με αυτόν τον τρόπο είναι σκληρότερα και πιο σταθερά από το μη ενισχυμένο πλαστικό και η απαίτηση εξοπλισμού είναι μετριοπαθής.
Ο περιορισμός είναι το μήκος και ο προσανατολισμός των ινών. Οι ίνες είναι σύντομες και τυχαία κατανεμημένες, έτσι η ενίσχυση είναι ομοιόμορφη αλλά μέτρια. Αυτή η διαδρομή ταιριάζει σε εξαρτήματα, jigs, κατοικίες και λειτουργικά πρωτότυπα αντί για πρωτογενή δομικά μέλη.
Η συνεχής εκτύπωση ινών τροφοδοτεί ένα στεγνό ρόλκο ινών άνθρακα ή ένα προεμποτισμένο νήμα δίπλα στο θερμοπλαστικό, τοποθετώντας μακριές ίνες ακριβώς εκεί που ταξιδεύει το φορτίο. Το αποτέλεσμα είναι μια γνήσια σύνθετη δομή και όχι ένα γεμισμένο πλαστικό.
Η δύναμη και η ακαμψία αυξάνονται δραματικά σε σύγκριση με την εκτύπωση σύντομων ινών, επειδή οι ίνες μεταφέρουν συνεχώς φορτίο. Οι σχεδιαστές μπορούν να ευθυγραμμίσουν τις ίνες κατά μήκος ενός άξονα κάμψης ή γύρω από μια τρύπα, όπου συνήθως αποτυγχάνουν τα τυπωμένα μέρη. Αυτή η μέθοδος είναι αργότερη και απαιτεί ειδικό υλικό, αλλά για τα δομικά στηρίγματα και τα φορτηγά πλαίσια είναι συχνά η μόνη εκτυπωμένη επιλογή που λειτουργεί.
Οι εκτυπωτές που βασίζονται σε πέλετ παραλείπουν εξ ολοκλήρου το νήμα και εξωθούν θερμοπλαστικό ενισχυμένο με ίνες άνθρακα απευθείας από πέλετ. Το κόστος των υλικών μειώνεται, τα ποσοστά κατάθεσης αυξάνονται και το μέγεθος του μέρους αυξάνεται. Μηχανές μεγάλης μορφής σε αυτή την κατηγορία παράγουν καλούπια, εργαλεία και υπερμεγέθη δομές που θα ήταν απρακτικά να εκτυπωθούν με νήματα.
Μια υβριδική προσέγγιση εκτυπώνει έναν πυρήνα ενισχυμένο με ίνες άνθρακα ή εσωτερικό σκελετό, στη συνέχεια επικαλύπτει το ύφασμα από ίνες άνθρακα και τη ρητίνη με το χέρι ή με έγχυση κενού. Αυτό συνδυάζει τη γεωμετρική ελευθερία της εκτύπωσης με το υψηλό ποσοστό όγκου ινών της κλασικής σύνθετης εργασίας. Είναι κοινό σε εργαλεία, πρωτότυπα και παραγωγή χαμηλού όγκου όπου η απόδοση έχει σημασία περισσότερο από τον χρόνο κύκλου.
Η εκτυπωμένη σύνθετη ποιότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το υλικό εισόδου. Διαφορετικές μορφές ινών εξυπηρετούν διαφορετικές στρατηγικές εκτύπωσης και η κατανόησή τους βοηθά τους αγοραστές να προσδιορίσουν τη σωστή ποιότητα.
Οι κομμένες ίνες άνθρακα και οι βαθμοί αλέας είναι τα άλογα εργασίας της παραγωγής νήματος και pellet. Το μήκος των ινών ελέγχεται κατά τη διάρκεια της κοπής και επηρεάζει άμεσα την ακαμψία, τη συμπεριφορά ροής και το φινίρισμα επιφάνειας. Οι μικρότερες ίνες εκτυπώνουν πιο εύκολα, ενώ οι μεγαλύτερες ίνες ενισχύουν καλύτερα.
Η συνεχής εκτύπωση ινών βασίζεται σε ρόλο ινών άνθρακα, μερικές φορές προεμποτισμένο με ρητίνη. Οι προδιαγραφές ρυμούλκησης, όπως ο αριθμός των νημάτων και η συμβατότητα μεγέθους, καθορίζουν πόσο καλά συνδέονται οι ίνες με τον θερμοπλαστικό πίνακα. Η επιλογή ενός ρυμούλκησης του οποίου το μέγεθος ταιριάζει στο πολυμερές είναι μια από τις πιο συχνά παραβλεπόμενες λεπτομέρειες στην εκτυπωμένη σύνθετη εργασία.
Τα σύνθετα μέρη είναι σπάνια ένα υλικό. Τα προϊόντα ινών αραμιδίου και προοξειδωμένων ινών, συμπεριλαμβανομένων των οξειδωμένων νήματος ινών και των οξειδωμένων ινών, εμφανίζονται σε τυπωμένα συναρμολόγια όπου απαιτείται ανοχή κρούσης, αντοχή στη φλόγα ή θερμική μόνωση. Ένα τυπωμένο πλαίσιο drone, για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιήσει ίνες άνθρακα για σκληρότητα και αραμίδη για τις περιοχές που λαμβάνουν πρόσκρουση.
Η τεχνολογία έχει ξεπεράσει τα κομμάτια επίδειξης. Αυτές οι εφαρμογές χρησιμοποιούνται τακτικά σήμερα.
Οι μηχανικοί κατασκευής χρησιμοποιούν τυπωμένες ίνες άνθρακα για τρυπάνια, εξαρτήματα ευθυγράμμισης, μετρητές ελέγχου και βοηθητικά συναρμολόγησης. Αυτά τα μέρη είναι συχνά εφάπαξ ή χαμηλού όγκου, και η εκτύπωση αφαιρεί τόσο το κόστος μούχλας όσο και τον χρόνο οδήγησης. Η ακαμψία του ενισχυμένου υλικού διατηρεί την ακρίβεια του εξαρτήματος μέσω επαναλαμβανόμενης χρήσης.
Τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη, τα πλαίσια drone και τα μικρά δορυφορικά εξαρτήματα επωφελούνται από την τυπωμένη ίνα άνθρακα επειδή κάθε επανάληψη του σχεδιασμού αλλάζει τη γεωμετρία. Η εκτύπωση επιτρέπει στις ομάδες να δοκιμάσουν ένα νέο πλαίσιο σε λίγες μέρες αντί να περιμένουν εργαλεία. Η εξοικονόμηση βάρους μεταφράζεται άμεσα σε χρόνο πτήσης και χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου.
Η προσαρμοσμένη γεωμετρία είναι κανονική στην ιατρική εργασία. Η τυπωμένη ίνα άνθρακα χρησιμοποιείται για ορθωτικά κέλυφα, προσθετικά εξαρτήματα, πλαίσια τοποθέτησης και αξεσουάρ απεικόνισης όπου η σκληρότητα, το χαμηλό βάρος και η μη μαγνητική συμπεριφορά έχουν σημασία. Ακόμα και όταν ένα τυπωμένο μέρος αντικαθίσταται αργότερα από μια μορφωμένη έκδοση παραγωγής, η εκτύπωση συντομεύει τη διαδρομή από τη σάρωση στην τοποθέτηση.
Οι ομάδες αυτοκινητοβιομηχανίας εκτυπώνουν εργαλεία ενισχυμένα με ίνες άνθρακα, λαβές άκρου βραχίονα και πρωτότυπα δομικών εξαρτημάτων. Τα προγράμματα αγωνιστικών και μηχανοκίνητων αθλημάτων βασίζονται σε τυπωμένα σύνθετα υλικά για αεροδυναμικά τεστ και εσωτερικά στηρίγματα. Σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, οι εκτυπωμένοι τελικοί ενεργοποιητές ρομπότ από ίνες άνθρακα μειώνουν την κινούμενη μάζα, η οποία βελτιώνει τον χρόνο κύκλου και την ακρίβεια.
Οι ομάδες αιολικής ενέργειας εκτυπώνουν σύνθετα εργαλεία και εισαγωγές λεπίδων. Οι ναυτικοί κατασκευαστές εκτυπώνουν καλούπια και εξαρτήματα που αντιστέκονται στο αλάτινο νερό. Οι κατασκευαστές αθλητικού εξοπλισμού εκτυπώνουν πρωτότυπα εξαρτημάτων ποδηλάτων, λεπίδες paddle και προστατευτικά κέλυφα εργαλείων. Σε κάθε περίπτωση η λογική είναι η ίδια: προσαρμοσμένη γεωμετρία, μέτριοι όγκοι και ανάγκη για σκληρότητα χωρίς βάρος.
Ο σχεδιασμός για τυπωμένες ίνες άνθρακα δεν είναι το ίδιο με τον σχεδιασμό για τυπωμένες σύνθετες ύλες ή για απλή εκτύπωση πλαστικού. Μερικές αρχές καθορίζουν αν ένα μέρος εκτελείται ή αποτύχει.
Με συνεχείς ίνες, ο σχεδιαστής ελέγχει την κατεύθυνση της ίνες, έτσι η διαδρομή φορτίου πρέπει να καθοριστεί πριν οριστικοποιηθεί η γεωμετρία. Οι ίνες πρέπει να ακολουθούν την κατεύθυνση έντασης του μέρους. Ένα στήριγμα που είναι ισχυρό σε έναν προσανατολισμό μπορεί να είναι αδύναμο σε έναν άλλο και ο εκτυπωτής θα αναπαράγει αυτή την ανισοτροπία ακριβώς όπως σχεδιάστηκε.
Τα τυπωμένα μέρη είναι πιο αδύναμα μεταξύ των στρωμάτων. Οποιοσδήποτε σχέδιο που τοποθετεί το κύριο φορτίο σε όρια στρώματος προσκαλεί την αποσπάση. Η περιστροφή του προσανατολισμού της κατασκευής ή η προσθήκη συνεχών βρόχων ινών γύρω από την κρίσιμη περιοχή συνήθως το λύνει και αυτή η εξέταση πρέπει να διευθετηθεί κατά τη διάρκεια της αναθεώρησης του σχεδιασμού και όχι μετά την πρώτη αποτυχία.
Οι παχύτεροι τοίχοι και η υψηλότερη περιεκτικότητα σε ίνες αυξάνουν την σκληρότητα, αλλά αυξάνουν επίσης τον χρόνο εκτύπωσης και τον κίνδυνο κενών. Υπάρχει μια πρακτική σειρά για κάθε εκτυπωτή και υλικό, και το να πάμε πέρα από αυτό συνήθως παράγει εσωτερικά ελαττώματα που μειώνουν το κέρδος.
Οι ίνες άνθρακα είναι abrasive. Τα τυποποιημένα ακροφύσια ορείχαλκου φθέρονται γρήγορα και τα σκληρυμένα εξαρτήματα χάλυβα ή καρβιδίου είναι ο κανόνας. Η θερμοκρασία εκτύπωσης, ο ρυθμός ροής και η ψύξη πρέπει να ρυθμίζονται για το ενισχυμένο υλικό και να στεγνώνουν σταθερά τα νήματα περισσότερο από ό, τι αναμένουν οι περισσότεροι χειριστές.
Η εκτύπωση δεν έχει αντικαταστήσει τη διάταξη, την έγχυση ή τη pultrusion. Κατέχει μια διαφορετική θέση και η επιλογή συνήθως περιορίζεται στον όγκο και τη γεωμετρία.
Η εκτύπωση κερδίζει όταν η γεωμετρία είναι περίπλοκη, οι όγκοι είναι χαμηλοί, οι αλλαγές σχεδιασμού είναι συχνές ή το μέρος απλά δεν μπορεί να μορφωθεί. Χωρίς κόστος εργαλείων, γρήγορη επανάληψη και ενσωματωμένα χαρακτηριστικά όπως κανάλια, αφεντικά και δομές πλέγματος είναι πραγματικά πλεονεκτήματα που οι παραδοσιακές μεθόδοι δεν μπορούν να ταιριάξουν οικονομικά σε χαμηλό όγκο.
Οι παραδοσιακές μεθόδοι εξακολουθούν να κυριαρχούν εκεί όπου το κλάσμα όγκου των ινών πρέπει να είναι υψηλό, όπου απαιτείται η ποιότητα του αυτοκλαβίου ή όπου παράγονται μεγάλες συνεχείς δομές όπως σκάφη, αιολικές λεπίδες και πάνελ αεροσκαφών. Τα προφίλ ινών άνθρακα και τα μέρη prepreg που έχουν στερεωθεί από την πρέση παρέχουν επίσης συνέπεια που η εκτύπωση δεν έχει ακόμα ταιριάξει σε κλίμακα.
Η πιο πρακτική στρατηγική συχνά συνδυάζεται. Οι ομάδες εκτυπώνουν εργαλεία από ίνες άνθρακα για να παράγουν παραδοσιακά σύνθετα μέρη, εκτυπώνουν δομές πρωτότυπων για δοκιμή και στη συνέχεια μετακινούνται στην παραγωγή με μορφή ή pultruded μόλις σταθεροποιηθεί το σχέδιο. Κάθε μέθοδος κάνει αυτό που είναι καλύτερο.
Η αγορά τυπωμένων σύνθετων εξαρτημάτων ή του υλικού που τα τροφοδοτεί απαιτεί την ίδια πειθαρχία με οποιαδήποτε απόφαση προμήθειας σύνθετων εξαρτημάτων.
Ρωτήστε αν το μέρος χρησιμοποιεί κομμένες ίνες, αλεσμένες ίνες ή συνεχή ρυμουλκίδα. Η απάντηση καθορίζει την επίτευξη σκληρότητας περισσότερο από οποιονδήποτε άλλο παράγοντα. Ζητήστε την ονομαστική περιεκτικότητα σε ίνες και το πολυμερές βάσης, καθώς και τα δύο επηρεάζουν την απόδοση και την τιμή.
Τα τυπωμένα σύνθετα συστατικά είναι ανισοτροπικά, επομένως ένας μόνο αριθμός έντασης δεν είναι αρκετός. Αναζητήστε δεδομένα σε πολλαπλές κατευθύνσεις και, όπου ενδείκνυται, διαστρωματικές ιδιότητες. Οι προμηθευτές που κατανοούν τα τυπωμένα σύνθετα υλικά θα παρέχουν δεδομένα προσανατολισμού αντί για ένα γενικό φύλλο υλικού.
Η διανομή μήκους ινών, το μέγεθος και η περιεκτικότητα σε υγρασία επηρεάζουν την εκτυπώσιμη ικανότητα. Η συνέπεια από παρτίδα σε παρτίδα έχει μεγαλύτερη σημασία στην εκτύπωση από ό, τι σε πολλές άλλες διαδικασίες, επειδή οι μικρές αλλαγές εξαπλώνονται απευθείας στο τελικό μέρος.
Το υλικό και η διαδικασία αλληλεπιδρούν. Ένας προμηθευτής που μπορεί να συμβουλεύσει σχετικά με τη μορφή ινών, τη συμβατότητα μεγέθους και τις παραμέτρους εκτύπωσης συντομεύει σημαντικά τον κύκλο ανάπτυξης, ειδικά για ομάδες νέες στην σύνθετη εκτύπωση.
Η κατεύθυνση του ταξιδιού είναι σαφής. Το υλικό εκτυπωτών γίνεται όλο και πιο γρήγορο, τα συστήματα συνεχών ινών γίνονται όλο και πιο ικανά και οι προμηθευτές υλικών προσφέρουν ένα ευρύτερο φάσμα ενισχυμένων βαθμών. Καθώς αυτά βελτιώνονται, η τυπωμένη ίνα άνθρακα θα μετακινηθεί από τα καταστήματα πρωτότυπων σε τακτική παραγωγή για μια αυξανόμενη λίστα εξαρτημάτων.
Για τη βιομηχανία σύνθετων συστατικών, αυτό είναι προσθετικό και όχι ανταγωνιστικό. Η προσθετική κατασκευή ανοίγει ένα νέο δρόμο για τα προϊόντα ινών άνθρακα, ένα όπου η ίνα δεν χρειάζεται ένα καλούπι για να γίνει μια τελική δομή. Αυτό επεκτείνει την αγορά αντί να την διαιρέσει.
Shanghai Tanchain New Material Technology προμηθεύει υλικά ινών άνθρακα και αραμιδίων σε μορφές που ταιριάζουν τόσο στην παραδοσιακή σύνθετη κατασκευή όσο και στην εκτυπωμένη σύνθετη ανάπτυξη, συμπεριλαμβανομένων των ρυμουλκωτών ινών άνθρακα, των κομμένων ινών άνθρακα, των υφασμάτων ινών άνθρακα, των prepreg ινών άνθρακα, των ινών αραμιδίων, των προ-οξειδωμένων νήματος Οι ομάδες που εργάζονται σε τρισδιάστατη εκτύπωση ινών άνθρακα, σύνθετα εργαλεία ή τυπωμένα δομικά μέρη είναι ευπρόσδεκτες να επικοινωνήσουν μαζί μας για επιλογή υλικού και υποστήριξη προσφοράς.
Εξερευνήστε τη γκάμα προϊόντων μας από ίνες άνθρακα και ειδικές ίνες ή στείλτε τις λεπτομέρειες της αίτησής σας ώστε να μπορέσουμε να συστήσουμε τη σωστή φόρμα ινών για το εκτυπωμένο σύνθετο έργο σας.
Home
Ανακαλώ στο νου