Fiber-reinforced 3D printing
[4 Minuten Lesezeit]
Warum Faserverstärkter oder auch Composite 3D-Druck? Was sind Endlosfasern (CFF)?
Häufig reichen die Festigkeit der 3D gedruckten Bauteile nicht aus. Erste Ansichtsmuster oder Prototypen funktionieren, aber darüber hinaus kommen die klassischen Verfahren zum Einsatz. Wenn keine Metall-Späne fliegen kann das nicht halten – den Satz hören wir immer wieder.
Umso überraschter sind die Personen dann, wenn Sie ein Bauteil aus Onyx mit einer Carbon-Endlosfaser Verstärkung in der Hand halten.
Schon das Basismaterial Onyx ist 1,4x so stabil wie ABS. Durch die eingelegten Endlosfasern erreichen Sie sogar Festigkeiten, die 23x höher sind als ABS.
Wie funktioniert der Composite 3D-Druck?
While short carbon fibers are remarkable for their ability to reinforce thermoplastics, continuous fibers can impart far greater strength to components. For composite fiber 3D printing, Markforged uses a combination of FFF printing and Continuous Fiber Fabrication (CFF) to deposit continuous fibers into conventionally printed thermoplastic parts. The continuous fiber is deposited into the part via a second nozzle in the print head. The fiber has only one starting point and one end point per layer.
Durch diese Faserverstärkung können nun exorbitante Festigkeiten erzielt werden. Festigkeiten höher als bei Aluminium!
Deshalb fragen wir Sie auch direkt: Fräsen Sie noch oder drucken Sie schon?
Hier im Video abgebildet eine Kevlar® Endlosfaser.
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Überzeugen Sie sich selbst von der Stärke der Endlosfasern.
Im Video rechts wird der gigantische Mehrwert der Endlosfaser ganz einfach und anschaulich anhand von Bausteinen erklärt.
Diese Technologie basiert auch auf der Extrusion und wird über eine zweite Düse am Druckkopf „verdruckt“. Statt jedoch das gesamte Filament zu schmelzen, wird die Hitze der Düse genutzt, um Fasern in eine thermoplastische Schicht zu “bügeln”. Die eigentlichen Fasern schmelzen nicht – stattdessen werden sie von der thermoplastischen Matrix auf ähnliche Weise eingefangen, wie Duroplastklebstoffe (z.B. Epoxidfasern bei herkömmlichen Faserherstellungsverfahren). So wird durch eine optimale Faserauslegung die höchste Stabilität gewährleistet, weil eine feste Verbindung zwischen Endlosfaser und Matrixmaterial hergestellt ist.
Die resultierenden Teile sind deutlich stärker, steifer und haltbarer als Kunststoff (gefüllt oder nicht gefüllt) und behalten die Wärmebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Druckqualität ihres thermoplastischen Matrixmaterials bei. Mit Markforged können Sie Onyx mit einer Endlos-Faserverstärkung drucken. Onyx ist das Basismaterial bestehend aus Nylon/PA6 mit 15 % Mikro-Carbonfaseranteil.
Immer mehr Firmen greifen zu Kohlefaser-Verbundwerkstoffen, um Teile mit Industriequalität schnell und kostengünstig herzustellen. Jahrelang musste ein Mittelweg zwischen Festigkeit, Lieferzeit und Kosten akzeptiert werden. Aus herkömmlichen Polymeren konnte man schnell und Kostengünstig fertigen, den resultierenden Bauteilen mangelte es dann aber erheblich an Festigkeit.
Als Druckmaterialien stehen bei den Markforged 3D-Druckern Onyx, Nylon und faserverstärkte Kunststoffe wie Carbonfaser, Kevlar und Glasfaser zur Verfügung. Diese Faserverstärkungen werden beim Druck als Endlosfaser in das Bauteil gedruckt. Das Diagramm rechts zeigt die Stärke, Robustheit, Steifigkeit und Umweltbeständigkeit der Kunststoffe im Vergleich mit Aluminium.
Wie Sie Ihr Bauteil optimal konstruieren und wie Sie Ihre Z-Achse verstärken, das finden Sie hier (Link).
Guide to 3D printing in industrial manufacturing
Der 3D-Druck hat sich zu einer starken Kraft in der heutigen Fertigungsindustrie entwickelt, vom Prototyping über Werkzeuge und Vorrichtungen bis hin zur Endproduktion von Kleinserien. Viele Unternehmen haben Schwierigkeiten, die richtigen additiven Fertigungslösungen zu finden, die genau ihren Bedürfnissen entsprechen und einen Return-on-Investment (ROI) bieten. Die Wahl der richtigen Plattform, um Blockaden in der Fertigung zu verhindern, ist für die Optimierung der Produktivität Ihrer Fertigungslinie von entscheidender Bedeutung. Laden Sie diesen Ratgeber herunter, um die wichtigsten Aspekte bei der Auswahl eines 3D-Druckers für Fertigungsanwendungen zu beurteilen.
Folgende Punkte finden Sie außerdem in diesem 19-seitigem Ratgeber:
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