Tanto los compuestos de fibra de vidrio como los de fibra de carbono amplían la versatilidad de la impresión 3D de fabricación de filamentos fundidos (FFF) al mejorar las propiedades mecánicas de una pieza.
Por ejemplo, al usar materiales compuestos de fibra de carbono o vidrio en una impresora 3D compatible (como Ultimaker S5 Pro Bundle o Ultimaker S3), puede producir piezas de alta resistencia de manera rápida y económica que:
Pero, ¿qué materiales compuestos de impresión 3D debería elegir en primer lugar?
Elegir la fibra de vidrio o el compuesto de fibra de carbono adecuado es clave para el éxito de su aplicación de impresión 3D
Después de todo, tanto los filamentos de fibra de vidrio como los de fibra de carbono pueden terminar teniendo propiedades mecánicas similares en una pieza impresa en 3D.
Esto es especialmente cierto cuando las principales empresas de materiales (como aquellas cuyos perfiles de configuración de impresión se pueden descargar a través de Ultimaker Cura Marketplace) pueden mejorar varias propiedades ajustando:
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Elección del polímero base (p. ej., ABS, nailon, policarbonato)
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Mezcla base de polímeros (por ejemplo, ABS + policarbonato)
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Longitud de la fibra (p. ej., larga o picada, corta o molida)
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Porcentaje de relleno de fibra (p. ej., 20 % de fibra de vidrio)
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Y muchas variables más…
Entonces, ¿por qué elegirías una fibra sobre la otra?
Compuestos de fibra de vidrio versus fibra de carbono: ¿cuál es el ganador?
Roger Sijlbing, jefe de ventas de BASF 3D Print Solutions Additive Extrusion Systems, nos dijo:
Hay muchas consideraciones para determinar qué material se ajusta a la aplicación. Incluso dentro, por ejemplo, de la automoción, tanto [glass and carbon fiber composite] los materiales podrían caber. Depende de los requisitos de la aplicación y del costo total de propiedad.
Por lo tanto, para guiar su elección de materiales en función de los requisitos de sus aplicaciones de impresión 3D, aquí hay una lista de un vistazo para mostrar qué compuesto (generalmente) gana para los diferentes requisitos de impresión 3D:
| Más asequible | Fibra de vidrio |
| Fuerza de Tensión | Fibra de carbon |
| Rigidez | Fibra de carbon |
| Durabilidad | Fibra de vidrio |
| Flexibilidad | Fibra de vidrio |
| Bajo peso | Fibra de carbon |
| Resistente al calor | Ambas cosas |
| Resistente químico | Ambas cosas |
| resistente a la fatiga | Fibra de carbon |
| resistente a la luz ultravioleta | Ambas cosas |
| Potencial seguro ESD | Fibra de carbon |
| Potencial de conductividad eléctrica | Fibra de carbon |
| Permite el paso de ondas de radio | Fibra de vidrio |
| Múltiples colores disponibles | Fibra de vidrio |
Eso podría ser útil si alguna de esas propiedades es una prioridad para su aplicación.
Pero, ¿qué sucede si todavía no hay una opción clara entre fibra de vidrio y fibra de carbono para sus necesidades de impresión 3D? Luego, hay algunas consideraciones más para informar su elección.
Para entender esto, profundicemos en los procesos de fabricación involucrados…
Cómo se fabrican las fibras de vidrio y carbono
Fibra de vidrio
Las fibras de vidrio comenzaron a producirse comercialmente en 1936. De hecho, la invención del material condujo a la sociedad conocida hoy como Owens Corning.
Las fibras de vidrio se fabrican fundiendo sílice para eliminar las impurezas. Luego, el vidrio líquido se extruye a través de una placa de metal calentada con pequeños orificios, llamada buje. Mientras que las cuerdas de vidrio se enfrían desde alrededor de 1.200 °C con agua y aire, se estiran en fibras delgadas a medida que se colocan en una bobinadora.
Owens Corning creó dos filamentos compuestos de fibra de vidrio, XSTRAND®. Sus configuraciones de impresión predefinidas se pueden descargar a través de Ultimaker Marketplace
Fibra de carbon
El proceso de fabricación de la fibra de carbono tiene lugar a nivel molecular. A pesar del precio más alto del material, su rigidez y su excelente relación resistencia-peso han convertido a la fibra de carbono en el aditivo compuesto elegido para aplicaciones aeroespaciales y automotrices livianas.
Comenzando su vida como un precursor de poliacrilonitrilo líquido, la mezcla fibrosa de átomos de carbono luego se oxida a alrededor de 300 °C para evitar que las fibras se fundan. Luego se carboniza en un horno sin oxígeno a temperaturas de hasta 1.000 °C. Este proceso hace que los átomos se fusionen y luego expulsen las impurezas, lo que da como resultado átomos de carbono puros en cadenas muy rígidas.
Posteriormente, las cuerdas de fibra de carbono pasan por un baño de tratamiento superficial para grabar la superficie del carbono. Esto hace que las cadenas de carbono sean más resistentes y puedan adherirse mejor a los productos químicos de revestimiento.
Recubrimiento, corte o molienda de fibras para su uso con filamentos de impresión 3D
Los productos químicos de revestimiento (como el poliuretano, el epoxi o la glicerina), técnicamente conocidos como «encolados», permiten que las fibras de carbono o de vidrio inerte interactúen más fácilmente con el polímero con el que se mezclarán. Al igualar la química de ese polímero, el recubrimiento fortalece la unión adhesiva.
Las fibras suelen estar recubiertas cuando van a ser cortadas o ‘picadas’ en longitudes de hasta 7 mm. El resultado es un material de impresión 3D compuesto reforzado por «fibras largas» que se entretejen dentro de la matriz polimérica.
Pero no toda la fibra de carbono y de vidrio utilizada en los filamentos de impresión 3D está recubierta.
El proceso de fabricación de cada compuesto de fibra de vidrio o carbono afecta las propiedades mecánicas de los materiales impresos en 3D
Si bien no recubrir o usar un recubrimiento de menor calidad puede ser una razón por la cual un material compuesto es menos costoso, también puede ser una opción legítima.
Eso es especialmente cierto si las fibras se molturarán en un polvo fino, también conocido como «fibras cortas». Con una longitud de entre 30 y 150 micras, estas fibras tienen un área de superficie grande que hace que el recubrimiento sea menos necesario. En este caso, el filamento compuesto se describiría con mayor precisión como «relleno» (en lugar de «reforzado») con fibra de carbono o de vidrio.
Este enfoque de no recubrir las fibras molidas no es necesariamente algo malo. Simplemente da como resultado diferentes propiedades del material. En lugar de ser más rígido y fuerte, el material compuesto probablemente sea más duradero y resistente a los impactos.
Después de recubrir, cortar o moler, las fibras se mezclan con los polímeros base para crear un material compuesto que luego se puede extruir en un filamento de impresora 3D.
Esta extrusión final del filamento es importante porque es aquí donde las fibras largas de vidrio o carbono se orientan dentro de la matriz polimérica. A lo largo del filamento, crean un efecto de tejido que proporciona una resistencia extra para una pieza impresa en 3D. (Esta orientación es la razón por la que las impresoras 3D FFF pueden extruir filamentos con fibras de hasta 7 mm de largo, a través de una boquilla de 0,4 o 0,6 mm).
Las fibras de vidrio o carbono de hasta 7 mm de longitud refuerzan el filamento que se puede extruir a través de la boquilla de 0,6 mm de Ultimaker print core CC Red
Cómo elegir entre diferentes materiales compuestos
Con tantas cosas en la vida, obtienes lo que pagas. Y los materiales de impresión 3D compuestos no son diferentes
Los materiales compuestos de empresas de filamentos más pequeñas pueden ser más asequibles. Pero debido a que no necesariamente se especializan en la ciencia de los materiales utilizados para desarrollar el compuesto, estas empresas podrían comprar gránulos listos para usar de un mayorista más grande. Luego extruyen el filamento ellos mismos, en máquinas que pueden no tener el par de torsión necesario para orientar correctamente las fibras dentro de la matriz de polímero, lo que da como resultado un filamento de menor calidad.
Por el contrario, los principales fabricantes tienen décadas de experiencia en el desarrollo de polímeros reforzados, a menudo para la industria del moldeo por inyección. Al aplicar esa experiencia a la fabricación aditiva, utilizando fibras, recubrimientos y procesos de la más alta calidad, ajustan sus matrices de polímeros y las extruyen en máquinas de grado industrial. Esto da como resultado un filamento que lleva más fácilmente las propiedades mecánicas que necesita a su pieza impresa en 3D.
Por ejemplo, los filamentos compuestos de Clariant incluyen:
Los filamentos compuestos de BASF incluyen:
Y la de Owens Corning:
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XSTRAND® GF30-PA6
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XSTRAND® GF30-PP
Descargue perfiles de materiales compuestos predefinidos de Ultimaker Marketplace para una experiencia de impresión 3D plug-and-play
Conclusión: haga una elección informada
Todos estos filamentos compuestos (y muchos más) se enumeran en Ultimaker Cura Marketplace.
Al descargar sus perfiles de impresión predefinidos, obtiene una experiencia de impresión 3D plug-and-play con Ultimaker S5 Pro Bundle y Ultimaker S3, sin necesidad de prueba y error. Además, las descripciones de los materiales y los enlaces a las hojas de datos facilitan la elección del material compuesto adecuado para su aplicación.
Esto significa que puede estar más seguro de lograr las propiedades mecánicas y los resultados de alta calidad que necesita, incluso con su primera impresión.
Y con una comprensión más profunda de cómo se utilizan las fibras de carbono o vidrio para reforzar el filamento de impresión 3D, puede aprovechar los muchos beneficios de los materiales compuestos para sus propias necesidades de producción interna.
Para acceder al Marketplace, descargue Ultimaker Cura gratis aquí: