La fibra de carbono para impresión en 3D es tal vez la segunda tecnología de fabricación aditiva más buscada, tras el metal. Merced a los recientes desarrollos en el espacio de la fabricación aditiva, las impresoras capaces de emplear el material elusivo son por último una realidad. No obstante, no todas y cada una de las impresoras 3D de fibra de carbono son iguales: ciertas máquinas emplean fibras microscópicas cortadas para progresar los termoplásticos usuales, al tiempo que otras usan fibra continua puesta en una matriz termoplástica de base (de forma frecuente llena de fibras cortadas) para crear un «esqueleto» en la pieza.
Entendiendo la fibra de carbono
La fibra de carbono se compone de filamentos alineados de átomos de carbono que exhiben una resistencia exageradamente alta en tensión. Por sí mismos, no son particularmente útiles; su naturaleza delgada y frágil los hace simples de romper en cualquier aplicación realista. No obstante, cuando se reúnen y se adhieren utilizando un agente adhesivo, las fibras distribuyen la carga suavemente y forman un material compuesto impresionantemente fuerte y ligero.
Estos compuestos de fibra de carbono vienen en forma de láminas, cilindros o bien peculiaridades moldeadas a la medida y se usan en industrias como la aeroespacial y la automotriz, en las que la relación resistencia-peso es esencial. De manera convencional, se emplea una resina termoendurecible como agente adhesivo.
Impresión en fibra de carbono
Los recientes desarrollos en la tecnología de impresión 3D han tolerado a las compañías imprimir con fibra de carbono, si bien con un material de encuadernación diferente al de los procesos estándar de fibra de carbono. Las resinas no se funden, con lo que no se pueden extrudir mediante boquillas; para solucionarlo, las impresoras 3D reemplazan las resinas por termoplásticos de manera fácil imprimibles. Si bien estas piezas no son tan resistentes al calor como los compuestos de fibra de carbono con matriz de resina, sí se favorecen de la resistencia de la fibra.
Para imprimir en 3d este tipo de materiales, se requiere una temperatura de extrusión muy altas capaces de tratar este material, impresoras 3d como la Tresdpro R1 han sido testeada para imprimir estos materiales, capaz de llegar a una temperatura de 300 grados en una estructura de acero capaz de soportar esta temperatura sin esfuerzo de sus componentes.
Impresión con fibra de carbono cortada en frente de fibra de carbono continua
Hay 2 métodos de impresión de fibra de carbono libres el día de hoy en día: termoplástico recortado relleno de fibra de carbono y refuerzo progresivo de fibra de carbono. Los termoplásticos rellenos de fibra de carbono cortada se imprimen mediante una impresora FFF (FDM) estándar, y están compuestos de un termoplástico (PLA, ABS, o bien Nailon) reforzado con enanas hebras cortadas de fibra de carbono. La fabricación continua de fibra de carbono, por otra parte, es un proceso de impresión diferente que pone hilos continuos de fibra de carbono en una base termoplástica estándar de FFF (FDM).
Tanto el plástico relleno de fibra de carbono picado como la fabricación continua de fibra usan fibra de carbono, mas la diferencia entre ellos es enorme. Saber de qué forma marcha cada uno de ellos de ellos y sus aplicaciones ideales le va a ayudar a tomar una resolución informada sobre qué hacer en sus sacrificios de fabricación de aditivos.
La fibra de carbono picada es esencialmente un bulto de refuerzo para termoplásticos estándar. Deja a las compañías imprimir materiales más enclenques con mayor resistencia. El material se mezcla con termoplásticos y la mezcla resultante se extrude en un carrete para la tecnología de fabricación de filamentos derretidos (FFF). Para los materiales compuestos que emplean los métodos FFF, los materiales están compuestos de fibras cortadas (en general fibra de carbono) mezcladas con termoplásticos tradicionales como nailon, ABS o bien PLA. Al tiempo que el proceso FFF continúa sin cambios, las fibras cortadas aumentan la resistencia, rigidez del modelo, como la mejora de su estabilidad dimensional, acabado superficial y precisión.
Este enfoque no siempre y en todo momento llega sin compromiso alguno. Ciertos filamentos reforzados con fibra picada priorizaron la resistencia al saturar el material con fibras. Esto afecta de forma negativa a la calidad general de la pieza, reduciendo la calidad de la superficie y la precisión de la pieza. Los prototipos y las piezas de empleo final pueden fabricarse usando fibra de carbono picada, en tanto que da la resistencia y el aspecto precisos para las pruebas internas o bien para las piezas orientadas al cliente del servicio.
La fibra de carbono continua es donde está la auténtica fuerza. Es una solución rentable para reemplazar las piezas metálicas tradicionales por piezas de composite impresas en 3D, en tanto que alcanza resistencias afines a una fracción del peso. Se puede engastar en termoplásticos usando la tecnología de Fabricación de Filamento Progresivo (CFF). Las impresoras que usan este procedimiento ponen hilos continuos de fibras de alta resistencia (como fibra de carbono, fibra de vidrio o bien Kevlar) por medio de una segunda boquilla de impresión en los termoplásticos extruidos por FFF mientras que imprimen. Las fibras de refuerzo forman la «espina dorsal» de la pieza impresa, dando resultados recios, fuertes y durables.
La fibra de carbono continua no solo agrega resistencia, sino asimismo deja al usuario fortalecer selectivamente en áreas que requieren mayor durabilidad. Debido a la naturaleza FFF del proceso central, se puede escoger, capa por capa, dónde fortalecer. En cada capa, hay 2 métodos de refuerzo: concéntrico y también isotrópico.
El relleno concéntrico fortalece los límites exteriores de cada capa (tanto interna como externa) y se extiende cara la pieza a través de un número de bucles definido por el usuario. El relleno isotrópico crea un refuerzo compuesto unidireccional en todos y cada capa, y puede imitar los tejidos de fibra de carbono al trastocar la dirección del refuerzo en las capas. Estas estrategias de refuerzo dejan a industrias como la aeroespacial, automotriz y de fabricación integrar los materiales compuestos en su flujo de trabajo de una forma nueva.
Las piezas impresas se resaltan como herramientas y accesorios, como herramientas de final de brazo, mordazas blandas y accesorios para MMC, puesto que se requiere fibra de carbono continua para imitar de forma eficaz las propiedades de los metales.
El espacio de fabricación aditiva ha explotado, con múltiples impresoras que ofrecen la posibilidad de imprimir en fibra de carbono. No obstante, es mejor tener en consideración los materiales compuestos que compra y las aplicaciones que cada fibra ha abierto. Salvo que especifique que se trata de fibra de carbono continua, es prácticamente seguro que el material está compuesto de filamentos reforzados con fibra de carbono picada. Si bien los dos dan un valor independiente, tener la capacidad de imprimir con los dos es la mejor forma de cubrir todas y cada una de las necesidades de su aplicación.