Retos de aplicación y avances de los materiales compuestos reforzados con fibra de carbono en la impresión 3D

Rutas técnicas para el refuerzo de fibra de carbono

Hay tres rutas principales para los materiales de impresión 3D reforzados con fibra de carbono: alambre compuesto de fibra continua (CF-CRF), alambre de relleno de fibra cortada y sinterización de fibra de carbono a base de metal. Entre ellos, la tecnología CF-CRF extruye sincrónicamente haces de fibras de carbono y una matriz de nailon o PEEK para formar una estructura continua reforzada con fibra, y las propiedades mecánicas se pueden mejorar de dos a tres veces. El recorrido de la fibra cortada se puede realizar utilizando una impresora FDM común en el mercado con una boquilla especial. El costo es menor pero el rango de mejora está entre el 30 y el 50 por ciento.

Manifestaciones especiales de la anisotropía

La resistencia y el módulo de los materiales compuestos reforzados con fibra de carbono en la dirección de la fibra superan con creces los de la dirección sin fibra, lo que contrasta marcadamente con la isotropía de los materiales metálicos tradicionales. Al diseñar piezas, es necesario alinear la dirección de la fibra con la dirección principal de la tensión. Esto se logra configurando el ángulo de disposición de las fibras en el software de corte. Cuando las cargas provienen de múltiples direcciones, se puede lograr un comportamiento mecánico aproximadamente isotrópico alternando capas de fibras.

Adaptación de equipos y desafíos de costos

La impresión continua de fibra requiere una extrusora multicanal dedicada y un mecanismo de guía de fibra de alta precisión. El coste del equipo es de tres a cinco veces mayor que el de las impresoras FDM normales. Los abrasivos de fibra de carbono son extremadamente abrasivos para las boquillas. Las boquillas de latón tienen una vida útil de sólo unas pocas horas. Se recomienda utilizar boquillas de acero endurecido o rubí. El control de la consistencia de la disposición de las fibras en la producción en masa aún requiere un ciclo de verificación del proceso como garantía.