Desafios de aplicação e avanços de materiais compósitos reforçados com fibra de carbono na impressão 3D

Rotas técnicas para reforço de fibra de carbono

Existem três rotas principais para materiais de impressão 3D reforçados com fibra de carbono: fio composto de fibra contínua (CF-CRF), fio de enchimento de fibra cortada e sinterização de fibra de carbono à base de metal. Entre eles, a tecnologia CF-CRF extrusa sincronicamente feixes de fibra de carbono e matriz de náilon ou PEEK para formar uma estrutura contínua reforçada com fibra, e as propriedades mecânicas podem ser melhoradas em duas a três vezes. A rota da fibra cortada pode ser realizada utilizando uma impressora FDM comum no mercado com bico especial. O custo é menor, mas a faixa de aprimoramento está entre 30 e 50 por cento.

Manifestações especiais de anisotropia

A resistência e o módulo dos materiais compósitos reforçados com fibra de carbono na direção da fibra excedem em muito aqueles na direção sem fibra, o que contrasta fortemente com a isotropia dos materiais metálicos tradicionais. Ao projetar peças, é necessário alinhar a direção da fibra com a direção da tensão principal. Isto é conseguido definindo o ângulo de disposição das fibras no software de corte. Quando as cargas vêm de múltiplas direções, um comportamento mecânico aproximadamente isotrópico pode ser alcançado pela alternância de camadas de fibra.

Adaptação de equipamentos e desafios de custo

A impressão contínua de fibra requer uma extrusora multicanal dedicada e um mecanismo de orientação de fibra de alta precisão. O custo do equipamento é três a cinco vezes maior que o das impressoras FDM comuns. Os abrasivos de fibra de carbono são extremamente abrasivos para os bicos. Os bicos de latão têm vida útil de apenas algumas horas. Recomenda-se o uso de bicos de aço temperado ou rubi. O controle da consistência do arranjo das fibras na produção em massa ainda requer um ciclo de verificação do processo como garantia.