درباره چاپ سه بعدی فیبر کربن بیشتر بدانید

درباره چاپ سه بعدی فیبر کربن بیشتر بدانید
فیبر کربن ماده ای مستحکم و قوی است که از قدیم در صنایع مختلف استفاده می شد. امروزه نیز در صنایع مادر و صنعت ساخت افزودنی استفاده می گردد در این مقاله به بررسی این ماده در چاپ سه بعدی می پردازیم.
معرفی
فیبر کربن برای نخستین بار توسط “جوزف سوان” در سال 1860 تولید شد ، این ماده از زنجیره ای طولانی توسط اتم های کربن به هم پیوسته ساخته شده است. این زنجیره معمولاً بین 5 تا 10 میکرومتر قطر دارد و طول آن بسته به کاربرد آن متفاوت است. با گذشت سالها ، فیبر کربن در بسیاری از بخش ها رواج یافته است زیرا دارای خواص جالبی از جمله سفتی، استحکام کششی بالا ، وزن کم ، مقاومت شیمیایی بالا ، تحمل درجه حرارت بالا و انبساط حرارتی کم است.
فیبر کربن خالص در واقع پنج برابر قویتر از فولاد و دو برابر سفت و در عین حال سبک تر است. همانطور که تصور می کنید ، این خصوصیات باعث می شود که الیاف کربن برای پروژه هایی که جهت بهینه سازی استفاده می شوند مناسب باشد ، به ویژه در بخش هایی مانند هوافضا ، اتومبیل سازی ، نظامی یا مهندسی عمران مورد استفاده قرار می گیرد.
ترکیب با مواد دیگر
همانطور که برخی از شما ممکن است از قبل بدانید ، الیاف کربن به ندرت به خودی خود استفاده می شوند. آنها معمولاً با مواد دیگر ترکیب می شوند تا آنچه را ما یک ماده کامپوزیت می نامیم تشکیل دهند . این کامپوزیت ها از موادی با ساختار ماتریسی شکل ساخته می شوند ، معمولاً از یک پلیمر ، حتی اگر امکان استفاده از مواد غیر پلیمری مانند سرامیک نیز وجود داشته باشد به آن الیاف کربن اضافه می شوند. فایده اصلی این است که شما با پلاستیک قوی تر و در عین حال سبک تر و سفت تر کار خواهید کرد.
به طور سنتی ، از کامپوزیت های فیبر کربن برای طراحی اسکلت و ساختار استفاده می شود . از کامپوزیت های الیاف کربن می توان برای تولید محصولات زیادی مانند بدنه دوچرخه ، بال هواپیما ، پره های پروانه ، قطعات خودرو و غیره استفاده کرد همانطور که تصور می کنید با توجه به فواید فراوان فیبر کربن ، دیگر فقط سیستم های تولید سنتی نیست که از آن استفاده می کنند. در سالهای اخیر ، تعداد فزاینده ای از شرکت های چاپ سه بعدی ، مواد یا فن آوریهای تقویت شده با الیاف کربن را برای کار با این کامپوزیت توسعه داده اند تا بتوانند نتیجه و محصولی با کارایی بالاتری داشته باشند. بنابراین چگونه از فیبر کربن در ساخت مواد افزودنی استفاده می شود؟ در ادامه با ما همراه باشید .
در مورد پلی اتر کتون PEEK و چاپ سه بعدی بیشتر بخوانید
برنامه های چاپ سه بعدی
IDTechEx در گزارش چاپ سه بعدی 2020 تا 2030 خود نشان می دهد كه بازار جهانی چاپ سه بعدی کامپوزیت تا سال 2030 به ارزش 1.7 میلیارد دلار خواهد رسید. این روند به وضوح نشان می دهد که صنعت چاپ سه بعدی به طور فزاینده ای از تمام کامپوزیت ها ، از جمله کربن ، در فعالیت های تولیدی خود استفاده می کند. در چاپ سهبعدی ، در اصل دو روش استفاده از فیبر کربن وجود دارد :
- روش اول رشته های تقویت شده با فیبر کربن
- روش دوم تقویت مداوم فیبر کربن است
رشته فیبر کربن
الیاف فیبر کربن از بخشهایی با طول کمتر از یک میلی متر تشکیل شده است که با ترموپلاستیک پایه مخلوط می شوند (در بالا اشاره شده بود که فیبر کربن با مواد مختلف مخلوط می شوند). تعدادی از رشته های محبوب وجود دارد که می توانند با فیبر کربن مخلوط شوند از جمله آن ها می توان به PLA ، PETG ، نایلون ، ABS و پلی کربنات اشاره کرد. این الیاف بسیار قوی هستند و باعث می شوند رشته و استحکام آن افزایش یابد و همچنین وزن کلی آن را کاهش دهد.
نیاز به پرینت سه بعدی برای رشته های فیبر کربن باید مشابه مواد اولیه پایه باشد که الیاف کربن به آن اضافه شده اند. تفاوت اصلی در این است که الیاف می توانند نازل های پرینتر سه بعدی را مسدود کنند ، بنابراین کارشناسان توصیه می کنند از نازل مستحکم استفاده کنید. علاوه بر این ، بالاتر از آستانه مشخصی از الیاف ، قسمت چاپی سه بعدی در پایان سطح از بین می رود. برخی از شرکت ها رشته های فیبر کربن را برای کاربردهای فنی و صنعتی بیشتر توسعه داده اند. این رشته ها به عنوان پایه پلیمرهای با کارایی بالا (HPP) مانند PEEK یا PEKK استفاده می شوند.
تقویت فیبر کربن
رشته فیبر کربن به خودی خود قطعاً از یک رشته ایی که تقویت نشده است ، قوی تر است. با این حال ، برای به دست آوردن یک قسمت قوی تر ، می توان از تکنیک دیگری استفاده کرد به نام تقویت پیوسته فیبر کربن. از آنجا که فیبر کربن به قطعات کوچکتر خرد نمی شود ، بیشتر قدرت خود را حفظ می کند. در واقع ، چاپ مداوم فیبر کربن سه بعدی به اندازه کافی قوی است که می تواند نیمی از وزن آن را با آلومینیوم مقایسه کرد.
تولید کنندگان چاپگر سه بعدی ادعا می کنند که فیبر کربن می تواند جایگزین چاپ سه بعدی فلز برای برخی از پروژه ها و صنایع باشد . مهمترین مزیت آن ارزان تر بود آن نسبت به فلز است. سرانجام ، با قرار دادن فیبر کربن مطابق با تکنیک های DfAM ، می توان مقاومت بیشتری را اضافه کرد در حالی که استفاده از مواد را کاهش می دهد.
چند شرکت در بازار وجود دارند که فناوری هایی را ارائه می دهند که می توانند الیاف کربن را به روشی مداوم چاپ کنند. بسته به زمان اضافه شدن فیبر کربن ، مدل را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد (می توان آن را قبل از فرآیند چاپ سه بعدی یا در طول مدت چاپ اضافه کرد). هنگامی که قبل از چاپ اضافه شد ، چاپ آن را ابتدایی گویند و شناخته می شود ، و در هنگام اکستروژن اضافه شود به آن اکستروژن گویند.
فناوری های دیگر
Direct Deposition Energy فناوری جدید که در آن از لیزر برای گرم کردن رشته و فیبر کربن همزمان با یک غلتک استفاده می شود. Impossible Objects و EnvisionTEC همچنین سیستم هایی برای چاپ سه بعدی فیبر کربن را به دستگاه های خود اضافه کرده اند ، اما این فناوری کمی متفاوت است. آنها با استفاده از یک فرآیند لمینت ، ورق ها را با الیاف کربن در یک چاپ می پوشانند. در آخر Continuous Composites از یک فناوری ترکیبی استفاده می کند که رشته فیبر با رزین خیس می شود و سپس با استفاده از نور UV ، همانند چاپ سه بعدی SLA ، سخت می شود.
نظرات
نظری ثبت نشده