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Impressão 3D industrial e a fibra de carbono

Conheça a impressão 3D industrial e o uso da fibra de carbono.

A fibra de carbono, material originalmente produzido em 1860 por Joseph Swan continua sendo popular na indústria pelas suas propriedades mecânicas. Suas propriedades fazem dele um material muito interessante para a aplicação da impressão 3D para a indústria.

Algumas das propriedades desse material, como alta rigidez, resistência à tração e baixo peso, fazem dele uma opção bastante desejável para aplicações industriais.  

Além disso, a fibra de carbono possui propriedades desejáveis como alta resistência química, tolerância a temperaturas e baixa expansão térmica.  

O que é a fibra de carbono?  

A fibra de carbono é feita de uma longa cadeia de átomos de carbono ligados entre si.  Essa cadeia tem em geral entre 5 e 10 micrômetros de diâmetro e pode variar em comprimento de acordo com a aplicação.  

O material em seu estado puro é cinco vezes mais forte e duas vezes mais rígido do que o aço.

As fibras de carbono são adequadas para aplicações cujo desempenho é otimizado pelas suas propriedades de resistência e leveza.  Como exemplo podemos citar o setor aeroespacial, militar, de engenharia e automotivo.  

As fibras são geralmente combinadas com outros materiais para formar um material compósito.  

Os compósitos são feitos de um material geralmente polimérico ao qual são adicionadas as fibras de carbono. A principal vantagem é que você acaba com um material polimérico mais forte, porém mais leve.  

A indústria de manufatura usa compostos de fibra de carbono para criar uma ampla variedade de produtos. Quadros de bicicletas, asas de aeronaves, pás de hélices e componentes de automóveis são exemplos comuns de produtos.  

Como a fibra de carbono é aplicada na impressão 3D? 

Buscando maior desempenho, um número crescente de empresas de impressão 3D oferece materiais ou tecnologias reforçados com fibra de carbono.  

Existem duas maneiras de usar a fibra de carbono na impressão 3D: a primeira é de filamentos reforçados com fibra de carbono e a segunda é de reforço de fibra de carbono contínua.  

Dois tipos de filamento  

O filamento de fibra de carbono utiliza fibras curtas de carbono. As fibras têm segmentos de menos de um milímetro de comprimento, que são misturados com um termoplástico conhecido como material de base.  

Há vários filamentos populares que podem ser comprados com carga de fibra de carbono, incluindo PLA, PETG, Nylon, ABS e Policarbonato.  A adição das fibras à esses materiais causa aumento da resistência e rigidez do filamento e também reduzem seu peso total.  

Os requisitos de impressão 3D para esse material devem ser semelhantes aos do material de base ao qual as fibras de carbono foram adicionadas.  

Como as fibras podem entupir os bicos da impressora 3D, os especialistas recomendam o uso de um bico de aço temperado. Além disso, acima de um certo limite de fibras, a peça impressa em 3D perde no acabamento da superfície.  

Algumas empresas desenvolveram filamentos de fibra de carbono para aplicações mais técnicas com polímeros de alto desempenho como base à qual as fibras são incorporadas.  

Assim, eles não apenas oferecem os benefícios dos polímeros de alto desempenho, como durabilidade e alto desempenho mecânico e químico, mas também uma relação resistência / peso aprimorada.  

Nesse caso, os parâmetros de impressão precisam ser ajustados, pois a extrusão desses materiais demanda extrusoras que atinjam cerca de 400 ° C e sistemas com câmaras aquecidas e placas de montagem.  

Filamento com reforço de fibra de carbono contínua 

Fabricantes de insumos utilizam a técnica de reforço contínuo de fibra de carbono para obter um material ainda mais forte.

A impressão 3D com filamento com reforço de fibra de carbono contínua é forte o suficiente para substituir o alumínio pela metade do peso.

Fabricantes afirmam ser possível substituir a impressão 3D em metal pela impressão em polímeros com fibra de carbono para algumas aplicações.  

Essa substituição teria como principal vantagem o uso de impressoras convencionais e a economia nos gastos com insumo.  

Além disso, ao aplicar as técnicas do DfAM (Design para Manufatura Aditiva) em conjunto com o material, é possível adicionar ainda mais resistência a uma peça, reduzindo o uso de material.  

Disponibilidade no mercado brasileiro 

Fornecedores brasileiros já fabricam e distribuem filamentos com carga de fibra de carbono.

Em sua maioria, são materiais com base de PLA com diferentes cargas de fibra curta. A proporção de fibra adicionada vai depender de cada fabricante.  

Nesse caso, recomendamos solicitar ao fabricante que forneça o data sheet do material antes de investir na compra.  

No entanto, há uma grande variedade desses materiais com diferentes proporções de carga e diferentes polímeros de base, além dos já citados polímeros de alto desempenho como o PEEK.  

Se você quiser saber mais sobre materiais especiais para impressão 3D industrial, confira o nosso artigo sobre o Policarbonato em

IMPRESSÃO 3D PARA A INDÚSTRIA COM POLICARBONATO (PC) PARA PEÇAS MECÂNICAS

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