La gama de materiales disponibles en la impresión 3D, incluso dentro del modelado de deposición fundida, ha crecido considerablemente en los últimos años. No solo hay varias marcas de renombre que llevan todo tipo de termoplásticos como ABS, PLA, nailon y PETG, sino que también hay compuestos de todos esos materiales que están incrustados con varias partículas / hebras como fibra de carbono y fibra de vidrio. Existe otra variedad de impresión 3D compuesta que se está volviendo cada vez más popular: la fibra continua.
Picado vs continuo
Con el filamento relleno de fibra estándar, las hebras de fibra se cortan muy cortas para que el material se pueda imprimir. El inconveniente más obvio es que hay poca superposición entre las fibras y la practicidad no hay fibras que crucen las capas contiguas. Como tal, las piezas impresas con materiales rellenos de fibra a menudo son solo un poco más fuertes o rígidas que las piezas impresas en 3D estándar.
La impresión 3D de fibra continua es exactamente como suena. En lugar de incrustar millones de hebras de fibra de medio milímetro de largo en el filamento cuando se fabrica, se utiliza un carrete de fibra para incrustar hebras de fibra muy largas en las piezas a medida que se imprimen. La impresión 3D de fibra continua proporciona sustancialmente más resistencia y rigidez porque imita mejor el proceso de fabricación de las piezas tradicionales de fibra de carbono, donde largas hebras de fibra se superponen en una resina.
Los costos de la fibra de carbono convencional
Las piezas de fibra de carbono convencionales son muy caras, no por el coste de las materias primas, sino por los costes del equipo necesario para enviar y procesar esos materiales. Pre-preg es un término que se aplica a un compuesto de fibra de carbono y resina que aún está húmedo y listo para darle forma; tiene que estar refrigerado desde el momento en que se fabrica hasta el momento en que se utiliza, lo que significa que hay muchos costos logísticos adicionales. Para fabricar piezas de fibra de carbono, primero hay que hacer moldes, que por supuesto no son gratuitos. Y curar las piezas finales requiere autoclaves que sean tan grandes como las piezas mismas, y considerando que la fibra de carbono es una opción popular para construir aviones, los autoclaves son comprensiblemente costosos de construir y operar.
Con la impresión 3D de fibra continua, casi todos esos costos desaparecen sin sacrificar la resistencia. Hay varias empresas que ofrecen impresión 3D de fibra continua, pero vamos a ver tres de las marcas más conocidas.
Markforged tiene varias máquinas que pueden colocar fibras continuas. Sus sistemas se basan en cabezales de herramientas separados para depositar los diferentes materiales: uno extruye una matriz termoplástica como una impresora 3D normal y el otro coloca hebras de fibra en áreas seleccionadas para aumentar la resistencia a la tracción. Pueden trabajar con fibra de carbono, fibra de vidrio y kevlar.
El sistema de fibra de Desktop Metal funciona de manera muy similar a la solución Markforged, excepto que su tecnología Micro Automated Fiber Placement (µAFP) utiliza rollos de cinta de fibra en lugar de carretes de fibra. Puede incrustar fibra de carbono en nailon, PEEK y PEKK, y el nailon también se puede incrustar con fibra de vidrio. Afirman que sus piezas pueden ser más fuertes que el acero y más ligeras que el aluminio.
Continuous Composites adopta un enfoque diferente con su solución CF3D. En lugar de utilizar un termoplástico por su material rígido, emplea un fotopolímero. El cabezal de la herramienta cubre la hebra de fibra con un fotopolímero a medida que se deposita y luego la cura inmediatamente con una potente luz ultravioleta. Esto le permite incrustar cada línea con fibra, no solo áreas seleccionadas. También significa que puede salvar grandes espacios sin necesidad de soportes. El sistema CF3D es compatible con fibras estructurales como carbono, vidrio y aramida, así como con fibras funcionales como óptica y metal, lo que permite todo tipo de ingeniosos trucos como sensores y circuitos integrados.
Si bien estos sistemas no son tan asequibles como la mayoría de las impresoras 3D de escritorio , son significativamente más accesibles que la mayoría de las impresoras 3D de metal y los equipos convencionales de fabricación de fibra de carbono, y son mucho más fáciles de usar. La selección de materiales para este segmento seguirá creciendo con el sector de materiales de impresión 3D en su conjunto; Se desarrollarán más polímeros para la matriz y se liberarán más fibras para igualar. No me sorprendería si ya hay científicos de materiales que desarrollan fibras que se expanden y contraen cuando se calientan o se exponen a una corriente eléctrica, lo que haría las delicias de quienes trabajan en robótica blanda y electrónica integrada.
Imagen destacada cortesía de Continuous Composites.
