Mechanisch und thermisch belastbare Bauteile mit dem industriellen 3D-Druck fertigen
Die Wahl des richtigen 3D-Druckmaterials ist auch in der Additiven Fertigung besonders wichtig! Welche technischen Eigenschaften sind für meine Anwendung besonders wichtig? Was bedeuten die Begriffe Biegedehnung und Biegespannung sowie Zugfestigkeit? Wie wichtig sind chemische, mechanische, thermische oder elektrische Eigenschaften des Materials?
Was zeichnet ein Funktionsteil eigentlich aus?
Per Definition bezieht sich der Begriff „funktional“ auf die Fähigkeit eines Teils, seine Konstruktionsabsicht zu erfüllen. Jede der unten aufgeführten Anforderungen ist eine allgemeine funktionale Anforderung an ein 3D-gedrucktes Teil. Wir haben jede Anforderung definiert, aufgeführt, wie sowohl kurzfasergefüllte Polymere als auch CFR die Anforderung erfüllen, und hervorgehoben, welche Technologie einen größeren Einfluss hat. In Markforged-Teilen stecken beide Technologien, wobei ein kurzes carbonfasergefülltes Polymer mit Endlosfasern verstärkt wird.
Wichtige mechanische und thermische Eigenschaften von 3D-Druckmaterialien
Funktionsanforderung | Beschreibung | Kurzfasergefülltes Polymer | Endlosfaserverstärkung |
|---|---|---|---|
Steifigkeit | Das Ausmaß, in dem sich ein Material unter Last verformt | Kurze Fasern erhöhen die Steifigkeit um das 1,5- bis 3-Fache im Vergleich zu herkömmlichen Polymeren. | Endlosfasern erhöhen die Steifigkeit um das 20-Fache im Vergleich zu herkömmlichen Polymeren. |
Stärke | Maximale Belastung, die das Material aushalten kann, bevor es nachgibt | Die Zugabe von kurzen Fasern verbessert die Zug- und Biegefestigkeit der Materialien geringfügig. | Darüberhinaus erhöhen Endlosfasern die Festigkeit um bis zu das Zehnfache. |
Langlebigkeit, Stoßfestigkeit | Die Fähigkeit eines Materials, bei Stoßbelastungen nicht zu brechen und Energie zu absorbieren | Nylon ist bekannt für seine Langlebigkeit und Bruchsicherheit bei Stößen. Durch die Zugabe von kurzen Fasern wird die Verschleißfestigkeit weiter verbessert. | Endlosfasern erhöhen die Widerstandskraft von Teilen, so dass sie sich erst deutlich später verformen. |
Langlebigkeit, Abnutzung | Die Fähigkeit eines Materials, der allmählichen Abtragung oder Verformung von Oberflächenmaterial durch Reibung zu widerstehen | Kurze Fasern erhöhen die Abriebfestigkeit der Polymere, so dass sie in abrasiven Umgebungen länger halten. | Die Faser wird erst freigelegt, wenn die Außenseite eines Teils durchgescheuert ist – in extremen Fällen kann sie sogar noch eine Abriebfestigkeit bieten, wenn sie freigelegt ist. |
Genauigkeit | Wie nahe ein Teil an den tolerierten Abmessungen liegt - sowohl unmittelbar nach dem Druck als auch nach einiger Zeit in der Anwendung | Kurze Fasern verbessern den Volumen-Widerstandsbeiwert von Materialien, wodurch die Druckgenauigkeit verbessert und Druckfehler verringert werden. | CFR hat keinen Einfluss auf die anfängliche Teilegenauigkeit, verhindert aber das bei Kunststoffen übliche Dimensionskriechen im Laufe der Zeit. |
Hitzebeständigkeit | Die Reaktion eines Materials auf erhöhte Temperaturen in der Anwendung | Kurze Fasern tragen zur Stabilisierung des Materials bei erhöhten Temperaturen bei und reduzieren so den Verzug. | Hochfeste Hochtemperaturfasern (HSHT) und andere Langfasern widerstehen Hitze viel besser als Matrixpolymere, so dass HDT auf bis zu 145 °C ansteigen kann. |
Resistenz gegen Chemikalien | Wie ein Material reagiert, wenn es aggressiven Chemikalien ausgesetzt ist, die in der Fertigungsumgebung vorhanden sind | Fasergefüllte Polymere auf Nylonbasis sind gegen die meisten in der Fertigung verwendeten Lösungs- und Schmiermittel beständig. | CFR hat nur eine begrenzte Wirkung, da die Fasern in der Regel keinen Chemikalien ausgesetzt sind. |
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Thermoplast für anspruchsvolle technische Zwecke
Das Markforged Basismaterial Onyx
Mit Onyx können biegefeste, starke und exakte Teile hergestellt werden. Onyx ist bereits 1,4 mal stärker und steifer als ABS und kann mit Endlosfasern jeder Art verstärkt werden. Onyx setzt neue Maßstäbe für Oberflächengüte, chemische Beständigkeit und Hitzebeständigkeit.
Biegefestigkeit 71 MPa
Biegemodul 3,0 GPa
Die Markforged Endlosfaser-Materialien
Bevor wir in die Anwendungen eintauchen, lassen Sie uns kurz CFR definieren. CFR ist ein Verfahren, das es 3D-Druckern ermöglicht, Fused Filament Fabrication(FFF)-Teile (Schmelzschichtverfahren) mit Endlosfasern zu verstärken. Eine CFR-fähige Maschine verwendet zwei Extrusionssysteme: eine für herkömmliches FFF-Filament und eine zweite für Endlosfasern mit langen Strängen. Endlosfasern werden schichtweise ausgelegt und ersetzen das FFF-Infill. Die resultierenden Teile sind deutlich stärker (bis zu zehnmal stärker als jedes FFF-Material) und können Aluminiumteile in der Anwendung ersetzen
Niedrige Hürde bei Funktionsteilen
Viele 3D-Drucktechnologien bieten individuelle Anpassbarkeit und geringe Kostenkomplexität – der große Unterschied von CFR ist, dass dies auch bei Funktionsteilen möglich ist. Im Vergleich zu im FFF-Verfahren 3D-gedruckten Teilen haben in CFR-erstellte Teile besondere Vorteile und Eigenschaften, wie zum Beispiel:
Durch die Herstellung von Funktionsteilen verringern CFR 3D-Drucker in einigen wichtigen Punkten den Abstand zwischen Ingenieuren und dem Kern der Produktion:
Wie werden funktionale Anforderungen auf Anwendungen abgebildet?
„Funktional“ ist in der Fertigung kein singulärer Begriff – unterschiedliche Anwendungen stellen unterschiedliche funktionale Anforderungen. Im Folgenden ordnen wir die funktionalen Anforderungen, die der 3D-Druck erfüllt, gängigen Anwendungen zu. Wir haben die Anforderungen in Kritisch und Empfohlen unterteilt, wobei kritisch eine Anforderung bedeutet, die von fast allen Teilen in dieser Anwendung erfüllt wird, und empfohlen eine weniger wichtige oder universelle Anforderung bedeutet. Es ist wichtig zu beachten, dass es auch innerhalb spezifischer Anwendungen eine Vielfalt gibt.
Lernen Sie mehr über den 3D-Druck mit Endlosfasern!
Für welche Anwendungen eignet sich welche Endlosfaser? Wie konstruiere ich richtig für den Filament-3D-Druck? Was sagen Anwender dazu und wo finde ich weitere Infos? – Genau hier sind Sie richtig! Wir haben einige Informationsmöglichkeiten aufgelistet, über die Sie direkt zu den passenden Antworten kommen.
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