Hvordan man vælger de rigtige industrielle kvaliteter kompositmaterialer til dine 3D-projekter

Hvis dine 3D-printede dele skal være stærkere eller mere holdbare end standardplast kan tilbyde, er det tid til at se på kompositter i industriel kvalitet. Brugen af disse avancerede materialer giver dig mulighed for at skabe funktionelle dele, der er stærke, lette og bygget til at holde. For alle, der arbejder inden for ingeniørarbejde eller produktdesign, er det et afgørende skridt at vælge den rigtige komposit. Det materiale, du vælger, påvirker, hvor godt delen fungerer, hvor længe den holder, og hvor meget den koster. Denne guide tilbyder en ligetil proces, der hjælper dig med at vælge den bedste materiale til dit projekts specifikke behov.

Hvad er industrielle 3D-printkompositter?

Industrielle kompositter til 3D-printning er lavet af to hoveddele: en basisplast og en forstærkende fiber. At forstå, hvad hver del gør, er nøglen til at vælge den rigtige.

Basispolymer og forstærkningsfiber

Basispolymeren, eller matrixen, er den primære plast, der giver delen dens grundlæggende form og egenskaber som kemisk eller varmebestandighed. Almindelige valg omfatter almindelige tekniske plasttyper som nylon (PA) eller PETG, samt højtydende polymerer som PEEK, der kan klare ekstreme temperaturer og barske kemikalier.

Forstærkningsfibrene er det, der giver kompositten dens høje styrke. Disse fibre blandes i basispolymeren for dramatisk at forbedre mekaniske egenskaber som stivhed og slagfasthed. De tre mest almindelige fibre er kulfiber, glasfiber og Kevlar®.

Hakkede fibre vs. kontinuerlige fibre

Hvordan fiberen tilsættes plastikken, gør en enorm forskel for den endelige dels ydeevne.

Hakkede fibre er korte fibertråde, der blandes ind i plastikfilamentet før trykning. Når emnet trykkes, ender disse fibre spredt ud over hele materialet, hvilket gør hele emnet stærkere og stivere end basisplastikken alene. Mange standardmaterialer 3D-printere kan bruge disse filamenter, så længe de har en hærdet dyse, der ikke slides ned af det slibende materiale.

Kontinuerlige fibre er derimod enkelte, ubrudte tråde, der lægges inde i emnet under printprocessen af en specialiseret printer med en ekstra dyse. Denne proces giver dig mulighed for at placere styrke præcis der, hvor der er behov for det, og skabe dele, der kan være lige så stærke som maskinbearbejdet aluminium, men meget lettere. Det er dette, der gør det muligt at udskifte metaldele med 3D-printede kompositter.

Sådan vælger du et materiale til dine 3D-projekter

Det rigtige materiale er ikke altid det stærkeste – det er det, der opfylder dit projekts behov på en praktisk og omkostningseffektiv måde. Ved at følge en klar proces undgår du at vælge et materiale, der er overkonstrueret og unødvendigt dyrt.

Trin 1: Definer krav

Først skal du definere, hvad delen skal kunne, og hvilke forhold den skal stå over for. Dette indebærer at evaluere dens mekaniske, termiske og kemiske krav.

• Mekaniske behovDette er ofte den primære årsag til at bruge kompositmateriale. Overvej de kræfter, som delen skal kunne håndtere. Har den brug for høj styrke og stivhed for at modstå bøjning, ligesom en støttebeslag eller en produktionsjig? Eller har den brug for sejhed og slagfasthed for at overleve fald eller stød, hvilket er almindeligt for robotgribere? For bevægelige dele er trætheds- og slidstyrke afgørende.
• Termiske behovDriftstemperatur er en kritisk faktor. Et materiales varmeafbøjningstemperatur (HDT) angiver, hvornår det begynder at blive blødt under belastning. Dette er afgørende for dele, der anvendes i nærheden af motorer, i køretøjer eller i varme fabriksmiljøer.
• Kemiske og miljømæssige behovOvervej delens miljø. Vil den blive udsat for olier, kølevæsker eller andre kemikalier? Udendørsdele kræver UV-stabilitet for at forhindre dem i at blive sprøde.Præcisionsværktøj kræver lav fugtabsorption for at opretholde dimensionsnøjagtighed under fugtige forhold.

Trin 2: Prioritér dine behov

Når du har en liste over krav, skal du beslutte, hvilke der er "must-haves", og hvilke der er "nice-to-haves". Dette er vigtigt, fordi du næsten altid skal afveje forskellige kompromiser. For eksempel tilbyder kulfiber høj stivhed, men er mere sprød end Kevlar®. Højtemperaturplast som PEEK fungerer godt, men koster betydeligt mere end nylon. En rangordning af dine behov hjælper dig med at fokusere på, hvad der er vigtigst, og finde en afbalanceret og overkommelig løsning.

En sammenligning af forstærkningsfibre

Når kravene til din applikation er klart defineret og prioriteret, kan du nu vurdere, hvilken armeringsfiber der er den rigtige løsning. Hver enkelt tilbyder et forskelligt sæt fordele.

Kulfiber

Kulfiber er det bedste materiale til ting, der skal være stærke og stive, samtidig med at de er lette. Derfor er det perfekt til at lave lettere dele til luftfart og robotteknologi eller til at fremstille industrielle værktøjer, der kan erstatte dele, der er tungere og lavet af aluminium. Men fordi det er meget stift, er det også meget skrøbeligt, så det er ikke godt til situationer, hvor det kan blive hårdt ramt. Det koster mest og er den dyreste måde at forstærke på.

Glasfiber

Glasfiber er et stærkt og holdbart materiale, der kan bruges til mange ting. Det er også meget billigt. Fordi det ikke leder elektricitet, bruges det ofte til prototyper, elektronikhuse og generelle jigs og armaturer, der skal være stærkere end plastik alene. Kulfiber er stærkere, men den er lettere og stivere end kulfiber.

Kevlar® (aramidfiber)

Kevlar®, som er lavet af aramidfibre, er det bedste materiale til lang levetid, fordi det er meget robust og ikke slides let. Det fungerer godt til dele, der skal holde længe og ikke blive beskadiget, såsom bløde kæber til at holde sarte dele eller samlestykker, der bliver udsat for hårdhændet brug. Det kan være svært at slibe eller fremstille, og dets trykstyrke er ikke så høj som glasfiber eller kulfiber.

Ud over materialevalg: Praktiske faktorer for succes

Valg af det rigtige materiale er kun én del af ligningen. Din printers muligheder, din dels design og dit budget er lige så vigtige for succes.

Krav til 3D-printere

Ikke alle 3D-printere kan håndtere disse materialer. Som tidligere nævnt er de hakkede fibre slibende og kræver en hærdet ståldyse for at undgå skader. Højtemperaturplast som PEEK kræver en printer med et opvarmet byggekammer for at kunne printe korrekt. Og hvis du ønsker den overlegne styrke fra de kontinuerlige fibre, vi diskuterede, skal du bruge en printer, der er specielt udstyret med den teknologi.

Design til additiv fremstilling (DfAM)

For at få mest muligt ud af et kompositmateriale, skal du designe delen specifikt til det. Du kan ikke bare printe et design beregnet til metal og forvente, at det fungerer godt. For at opfylde de styrkekrav, du identificerede tidligere, skal designet optimeres. Med kontinuerlig fiber betyder det at orientere fibrene langs de stier, hvor belastningen er højest. Du kan også bruge topologioptimeringssoftware til at skabe designs, der kun bruger materiale, hvor det er nødvendigt, hvilket maksimerer forholdet mellem styrke og vægt.

Budget og produktionsvolumen

Endelig skal du overveje de samlede omkostninger. Dette inkluderer ikke kun prisen på materialespole, men også printtiden og eventuel slitage på printeren. Vurder altid, om et billigere kompositmateriale kan opfylde alle dine "must-have"-krav, før du beslutter dig for en dyrere og mere ydende løsning.

Kom videre med dine 3D-projekter og få en klar plan!

Vejen til en fantastisk kompositdel er en proces med bevidste trin. Det starter med en klar forståelse af, hvad dit projekt kræver. Ved først at definere dine behov kan du effektivt sammenligne de forskellige fordele ved materialer som kulfiber, glasfiber og Kevlar®. Når du også tager højde for din printer, designstrategi og budget, forvandler du et gæt til en fornuftig ingeniørbeslutning. Denne praktiske tilgang sikrer, at den del, du skaber, er pålidelig, effektiv og giver mening for dit projekt.