Połączenie bardzo obiecujących charakterystyk materiałów kompozytowych z możliwościami druku przestrzennego to atrakcyjne rozwiązanie, umożliwiające fabrykację podzespołów o złożonej geometrii i dużej wytrzymałości mechanicznej przy stosunkowo niewielkiej masie. Szeroka gama kompozycji włókien zbrojenia i materiałów osnowy, przy użyciu szeregu technik przyrostowych, pozwala na uzyskanie produktów o precyzyjnie dobranych właściwościach fizycznych i mechanicznych, spełniających wymagania najbardziej wymagających sektorów przemysłowych.
Druk 3D z materiałów kompozytowych, w stosunku do wytwarzania przyrostowego z metalu i tworzyw sztucznych, jest gałęzią technologii addytywnych stosunkowo młodą, ale jednocześnie bardzo szybko rozwijającą się. Na rynek trafia coraz więcej rozwiązań oferujących coraz to nowe możliwości dla rosnącej liczby zastosowań przemysłowych. Różnią się one włóknami, wykorzystywanymi jako zbrojenie, materiałami służącymi za osnowę oraz technikami przyrostowymi, na których się opierają. Dobór materiałów, użytych do budowy kompozytu ma wpływ przede wszystkim na właściwości mechaniczne, jak też przewodność termiczną i elektryczną, podczas gdy zastosowana metoda druku wiąże się ze sposobem orientacji włókien w zbrojeniu. To właśnie od konfiguracji struktury zbrojenia zależą końcowe parametry wyrobu kompozytowego. Dlatego też ten aspekt należy brać pod uwagę projektując element pod kątem druku 3D z kompozytów wzmocnionych włóknami, jak też dobierając technikę fabrykacji danego produktu.
Wybór włókien i strategii zbrojenia
W ramach druku 3D materiałów kompozytowych stosuje się różne rodzaje zbrojenia, dobrane pod kątem żądanych właściwości produktu. Czołowi producenci urządzeń do druku przestrzennego kompozytów mają w ofercie rozwiązania wykorzystujące m.in. włókna węglowe, szklane, aramidowe (np. Kevlar) i ceramiczne, które w połączeniu z materiałem osnowy, takim jak nylon czy PEEK pozwalają uzyskać produkty o preferowanej charakterystyce termicznej, elektrostatycznej, chemicznej i mechanicznej. Poszczególne rodzaje zbrojeń są oferowane w postaci włókien ciągłych i ciętych. Zbrojenie włóknami ciągłymi jest wytrzymalsze, ale wiąże się z większymi kosztami technologicznymi i materiałowymi. W sytuacji, w której to właśnie cena staje się istotnym kryterium doboru technologii, jako ekonomiczna alternatywa dla różnych włókien przemysłowych mogą posłużyć włókna naturalne, pozyskiwane np. ze źródeł roślinnych takich jak juta czy len.
Cały artykuł dostępny jest w wydaniu płatnym 4/5 (151/152) kwiecień/maj 2020
