3D 인쇄의 탄소 섬유: 어떻게 부합 제조가 복합 부품을 재형성하고 있는지

3D 인쇄의 탄소 섬유: 고성능 복합물을 충족시키는 부분

수년 동안 탄소섬유와 3D 인쇄는 별도의 세계에서 살았습니다.복합물은 오토클레이브, 금형 및 숙련된 라미네이터에 속했습니다.증가제 제조는 저렴하지만 약한 프로토타입, 브래켓 및 플라스틱에 속했습니다.그 분리는 사라졌습니다.3D 인쇄의 탄소 섬유는 현재 실제 생산 경로이며 프린터가 만들 수 있는 것을 조용히 바꾸었습니다.

이유는 간단합니다.인쇄는 기하학의 자유를 제공하지만 탄소 섬유는 인인탄도와 강도를 제공합니다.두 개를 함께 넣으면 가루고 단단하고 성형이 쉽게 복사할 수 없는 방식으로 모양을 가진 부품을 얻습니다.낮고 중간 규모의 사용자 정의 구조를 필요로 하는 산업에서는 이 조합을 무시하기가 어렵습니다.

이 기사에서는 탄소섬유가 추가적 제조에서 어떻게 사용되는지, 어떤 재료 형태가 가장 잘 작동하는지, 중요한 인쇄 방법 및 구매자가 인쇄 된 복합 부품을 지정하기 전에 고려해야하는 것을 다루고 있습니다.

1. 왜 증가제 제조는 더 단단한 물질을 필요로했습니다

PLA, PETG 및 ABS와 같은 표준 인쇄 필라멘트는 편리하지만 기계적 한계가 빠르게 나타납니다.인쇄된 브래켓 flexes.인쇄된 지그는 부하 하에 드리프트 됩니다.인쇄된 주택은 따뜻한 조건에서 creeps.엔지니어들은 기하학만으로만 부드러운 재료를 보상할 수 없는 지점에 빠르게 도달합니다.

1.1 플라스틱 부품에 있는 단단성 1 1 1.1 The stiffness gap in plastic parts

일반적인 인쇄 플라스틱의 장력 모듈은 종종 2에서 3.5 GPa 사이의 낮은 범위에 있습니다.알루미늄은 약 70 GPa입니다.이 격차는 인쇄된 플라스틱 부품이 유연하다고 느끼는 이유와 구조적 의무에 대해 거의 신뢰되지 않는 이유를 설명합니다.탄소섬유를 추가하는 것은 플라스틱을 금속으로 변화시키지 않지만, 단단성을 여러 번 높이고 동시에 열확장을 줄일 수 있습니다.

1.2 탄소섬유가 실제로 변화하는 것

잘라진 또는 연속적인 탄소섬유 강화는 한 번에 세 가지를 개선합니다: 刚성, 차원 안정성 및 강도.부품은 부하 하 여 모양을 더 잘 유지 하 고, 가열 될 때 더 적게 변형 하 고, 변형을 더 오래 저항 합니다.그 결과는 재료가 더 마모성이 높고 비용이 높고 인쇄 용서가 적다는 것입니다. 그래서 공정 제어가 보통 필라멘트보다 더 중요합니다.

2. 탄소 섬유 3D 인쇄에 대한 주요 경로

탄소섬유 복합물을 인쇄하는 단일 방법은 없습니다.네 가지 접근 방식은 오늘날 대부분의 산업 및 워크오오업장 사용을 다루고 있으며, 각각은 비용, 강도 및 복잡성의 다른 균형에 맞습니다.

2.1 짧은 섬유 강화 필라멘트 인쇄

이것은 가장 접근가능한 길입니다.잘라진 탄소 섬유는 열가성성 잘잘잘라진 잘잘라진 탄소섬유를 열가성성 잘잘라진 절단된 탄소섬유로 합성되고 FDM 프린터를 위한 필라멘트로 압출됩니다.이렇게 만든 부품은 강화되지 않은 플라스틱보다 더 강하고 안정적이며 장비 요구 사항은 적절합니다.

제한은 섬유 길이와 방향입니다.섬유는 짧고 무작위로 분포되어 있기 때문에 강화는 균일하지만 적당합니다.이 경로는 주요 구조적 구성원보다는 장착물, 지그, 하우징 및 기능적 프로토타입에 적합합니다.

2.2 지속적인 섬유 인쇄

연속적인 섬유 인쇄는 열가성성 옆에 건조한 탄소 섬유 열기 또는 사전 impregnated 스트랜드를 공급하여 긴 섬유를 바로 부하가 여행하는 곳에 넣습니다.그 결과는 채워진 플라스틱이 아닌 진짜 복합 구조입니다.

섬유가 지속적으로 부하를 운반하기 때문에 짧은 섬유 인쇄와 비교하면 강도와 단단단단단함이 급격히 증가합니다.디자이너는 구부리는 축을 따라 또는 인쇄된 부품이 일반적으로 실패하는 구멍 주위에 섬유를 정렬할 수 있습니다.이 방법은 느리고 전용 하드웨어가 필요하지만 구조적 브래켓과 로드 베어링 프레임의 경우 종종 작동하는 유일한 인쇄 옵션입니다.

2.3 Pellet 및 대형식 압출

재료 비용이 감소하고, 증착율이 증가하고, 부품 크기가 증가합니다.이 카테고리의 대형 기계는 필라멘트로 인쇄할 수 없는 금형, 도구 및 과대형 구조를 생산합니다.

2.4 전통적인 레이업과 결합된 복합 인쇄

하이브리드 접근 방식은 탄소섬유 강화 된 코어 또는 내부 골격을 인쇄한 다음 손으로 또는 진공 주입으로 탄소섬유 직물과 수지를 오버레이합니다.이것은 인쇄의 기하학적 자유와 고전적인 복합 작업의 높은 섬유 부분을 결합합니다. 성능이 주기 시간보다 더 중요한 공구, 프로토타입 및 저량 생산에서 일반적입니다.

3. 과정을 먹이는 물자 형태

인쇄된 복합 품질은 입력 재료에 크게 달려 있습니다.다양한 섬유 형태는 다양한 인쇄 전략을 제공하며, 이를 이해하는 것은 구매자가 올바른 등급을 지정하는 데 도움이 됩니다.

3.1 차단 및 밀드 탄소 섬유

잘라진 탄소 섬유와 밀링 등급은 필라멘트 및 잘잘라진 탄소섬유 및 잘잘라진 탄소섬유는 필라멘트 및 잘잘라잘 작업하는 작업자입니다.섬유 길이는 절단 중에 제어되며, 경도, 흐름 행동 및 표면 마무리에 직접적인 영향을 미칩니다.짧은 섬유는 더 쉽게 인쇄되지만 긴 섬유는 더 잘 강화됩니다.

3.2 연속적인 3.2 연속적인 트래우 및 프리프레그 스트랜드

연속적인 섬유 인쇄는 때로는 수지로 미리 impregnated 탄소 섬유 tow에 의존합니다.필라멘트 수 및 크기 호환성과 같은 tow 사양은 섬유가 열가성 매트릭스에 얼마나 잘 결합되는지를 결정합니다. 중합체에 맞는 크기의 tow를 선택하는 것은 인쇄 복합 작품에서 가장 일반적으로 간과되는 세부 사항 중 하나입니다.

3.3 동일한 구조에 있는 지원 재료

복합 부품은 거의 하나의 재료입니다.산화된 섬유 산화된 섬유 산산화된 섬유 산산화된 섬유 산산화산화된 섬유 원사 및 산화된 섬유 산산화된 산화된 섬유 필트를 포함한 아라미드 섬유 및 사전 산화된 섬유 제품은 충격 내용성, 내화력 또는 절열성이 필요한예를 들어 인쇄된 드론 프레임은 탄소섬유를 사용하여 충격을 받는 영역에 경고성과 아라미드를 사용할 수 있습니다.

4. 인쇄된 탄소 섬유 부속이 이미 작동하는 곳

이 기술은 시범 조각을 넘어갔습니다.이러한 응용 프로그램은 오늘날 정기적으로 사용되고 있습니다.

4.1 도구, 지그 및 고정

제조 엔지니어들은 드릴 지그, 정렬 장치, 검사 게이지 및 조립 보조기에 인쇄된 탄소 섬유를 사용합니다.이러한 부품은 종종 일회 또는 낮은 양이며 인쇄는 금형 비용과 리드 타임을 제거합니다.강화된 재료의 강도는 반복적인 사용을 통해 고정물을 정확하게 유지합니다.

4.2 항공우주 및 무인 시스템

무인 항공기, 드론 프레임 및 작은 위성 구성 요소는 각 설계 반복이 기하학을 변화시키기 때문에 인쇄 된 탄소 섬유에서 혜택을 받습니다.인쇄를 통해 팀은 도구를 기다리는 대신 몇 일 만에 새로운 프레임을 테스트할 수 있습니다.무게 절감은 비행 시간과 페이로드 용량으로 직접 변환됩니다.

4.3 의료 장비 및 개조

주문 기하학은 의학 작업에서 정상적입니다. 인쇄된 탄소 섬유는 단단성, 낮은 무게 및 비자기 행동 문제가 있는 정형 포탄, 개조 부품, 위치 구조 및 이미지 액세서리를 위해 사용됩니다.인쇄된 부품이 나중에 성형된 생산 버전으로 대체되는 경우에도 인쇄는 스캔에서 피팅까지의 경로를 단축합니다.

4.4 산업 및 자동차 개발

자동차 팀은 탄소섬유 강화 도구, 팔 끝 그립퍼 및 프로토타입 구조 부품을 인쇄합니다.레이싱 및 모터 스포츠 프로그램은 공기 역학 테스트 부품과 내부 브래켓을 위해 인쇄 된 복합물에 의존합니다.산업 환경에서 인쇄된 탄소 섬유 로봇 끝 효과자는 움직이는 질량을 줄여 주기 시간과 정확성을 향상시킵니다.

4.5 에너지, 해양 및 스포츠 응용

풍력 에너지 팀은 복합 도구와 블레이드 인서트를 인쇄합니다.해양 건설업체는 해해해수에 저항하는 금형과 피팅을 인쇄합니다.스포츠 장비 개발자는 프로토타입 자전거 부품, 패들 블레이드 및 보호 기어 스스스포탄을 인쇄합니다.모든 경우에 논리는 동일합니다. 사용자 정의 기하학, 적당한 볼륨, 무게없이 무무단함의 필요성.

5. 인쇄된 복합물이 따르는 디자인 규칙

인쇄된 탄소섬유를 위한 설계는 성형된 복합물이나 평범한 플라스틱 인쇄를 위한 설계와 동일하지 않습니다.몇 가지 원칙은 부분이 성능하거나 실패하는지 결정합니다.

5.1 로드 경로가 첫째

연속 섬유로 디자이너는 섬유 방향을 제어하므로 로드 경로는 기하학이 최종화되기 전에 정의되어야합니다.섬유는 부품의 긴장 방향을 따라야합니다.한 방향에서 강한 브래켓은 다른 방향에서 약할 수 있으며 프린터는 설계된 바와 같이 그 아니소트로피를 재생합니다.

5.2 레이어 오리엔테이션 및 아니소트로피

인쇄된 부품은 층 사이에서 가장 약합니다.레이어 경계를 넘어서는 주요 부하를 넣는 모든 디자인은 데라미네이션을 초대합니다.빌드 방향을 회전하거나 중요한 지역 주위에 연속적인 섬유 루프를 추가하는 것은 일반적으로 해결되며, 이 고려사항은 첫 번째 실패 이후보다는 설계 검토 중에 해결되어야합니다.

5.3 벽 두께 및 섬유 함량

더 두꺼운 벽과 더 높은 섬유 함량은 모두 강도를 증가시키지만 인쇄 시간과 공공의 위험을 높이기도 합니다.각 프린터 및 재료에 대한 실용적인 범위가 있으며, 그것을 넘어서는 일반적으로 이득을 줄이는 내부 결함을 생성합니다.

5.4 노즐 마모 및 공정 통제

탄소섬유는 abrasive입니다.표준 황동 노즐은 빠르게 착용되며 경화된 강철 또는 탄화물 부품은 표준입니다.인쇄 온도, 흐름 속도 및 냉각은 강화된 재료에 대해 조정되어야 하며, 대부분의 운영자가 기대하는 것보다 더 일관된 필라멘트 물질의 건조해야합니다.

6. 전통적인 복합 제조와 인쇄된 복합물을 비교

인쇄는 레이업, 주입 또는 풀트루션을 대체하지 않았습니다.그것은 다른 위치를 차지하고 있으며, 선택은 보통 볼륨과 기하학에 따른다.

6.1 인쇄가 승리하는 곳

기하학이 복잡하거나, 볼륨이 낮거나, 디자인 변경이 자주 있거나, 부품이 단순히 성형될 수 없을 때 인쇄는 승리합니다.도구 비용 없음, 빠른 반복 및 채널, 보스 및 격자 구조와 같은 통합 된 기능은 전통적인 방법이 낮은 볼륨에서 경제적으로 일치할 수 없는 진정한 장점입니다.

6.2 전통적인 복합물이 여전히 주도하는 곳

전통적인 방법은 여전히 섬유 볼륨 분수가 높아야하거나 오토클레이브 품질이 필요한 곳이거나 보트 선체, 풍선, 항공기 패널과 같은 큰 연속 구조가 생산되는 곳에서 지배합니다.풀트루드 탄소 섬유 프로필과 프레스 경화 된 프리프레그 부품은 또한 인쇄가 아직 규모에서 일치하지 않은 일관성을 제공합니다.

6.3 같은 프로그램에서 둘 다 사용

가장 실용적인 전략은 종종 결합됩니다.팀은 전통적인 복합 부품을 생산하기 위해 탄소 섬유 도구를 인쇄하고, 테스트를 위해 프로토타입 구조를 인쇄하고, 디자인이 고정되면 성형 또는 풀트루드 생산으로 이동합니다.각 방법은 가장 잘하는 것을 합니다.

7. 구매자가 인쇄된 탄소섬유를 지정하기 전에 물어야 할 것

인쇄된 복합 부품 또는 그들을 공급하는 재료를 구입하려면 모든 복합 소싱 결정과 같은 규율이 필요합니다.

7.1 섬유 형태 및 급료

부품이 잘라진 섬유, 밀린 섬유 또는 연속적인 부부하를 사용하는지 물어보십시오.답은 다른 요소보다 달성 가단성을 결정합니다.성능과 가격에 영향을 미치기 때문에 명목적 섬유 함량과 기본 중합체를 요청하십시오.

7.2 기계적 데이터 및 시험 방법

인쇄된 복합물은 다양성이므로 단일 장력 수는 충분하지 않습니다.여러 방향으로 데이터를 찾고, 관련된 경우, 인터라미너 특성을 찾습니다.인쇄된 복합물을 이해하는 공급자는 일반적인 재료 시트보다는 방향 인식 데이터를 제공합니다.

7.3 배치 사이의 일관성

섬유 길이 분포, 크기 및 습도 함량은 모두 인쇄 가능성에 영향을 미칩니다.배치-투-배치 일관성은 다른 많은 공정보다 인쇄에서 더 중요합니다. 작은 변화가 직접 완성된 부품으로 퍼지기 때문입니다.

7.4 지원 및 응용 프로그램 조언

물질과 과정은 상호 작용합니다.섬유 형태, 크기 호환성 및 인쇄 매개 변수에 대한 조언을 제공 할 수 있는 공급 업체는 개발 주기를 크게 단축합니다.

8. 전망: 인쇄된 복합물은 표준 선택권이 되고 있습니다

여행 방향은 명확합니다.프린터 하드웨어는 점점 더 빠르고 커지고 있으며, 연속 섬유 시스템은 점점 더 능력이 높아지고 있으며, 재료 공급 업체는 더 광범위한 강화 등급을 제공하고 있습니다.이러한 개선에 따라 인쇄된 탄소 섬유는 프로토타입 가게에서 부품 목록이 증가하기 위해 정기적인 생산으로 이동할 것입니다.

복합 산업에서는 경쟁이 아니라 추가적입니다.증가제 제조는 탄소 섬유 제품에 새로운 길을 열고 있으며, 섬유가 완성된 구조가되기 위해 금형이 필요하지 않습니다.이것은 시장을 분할하는 대신 확장합니다.

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탄소 섬유 및 특수 섬유 제품 범위를 탐색하거나 신청 세부 사항을 보내서 인쇄 복합 프로젝트에 적합한 섬유 양식을 추천할 수 있습니다.