Materiali za 3D tisk

3D tisk s kompozitnimi materiali

Kompoziti iz osnovnega in ojačitvenih materialov, kot so ogljikova, steklena ali aramidna vlakna, omogočajo večjo trdnost, manjšo težo in večjo odpornost izdelkov. S tem razširjajo možnosti uporabe 3D tiska v različnih industrijskih aplikacijah.


Jaka Perovšek, 04.04.2024

branja

V zadnjih letih smo na področju 3D tiska priča velikemu porastu uporabe kompozitnih materialov. Zaradi enostavnosti uporabe se še posebej pogosto pojavlja v projektih, kjer 3D tiskamo s FDM oziroma FFF tehnologijo. 

Kaj je kompozit?

V kompozitnem materialu sta združena vsaj dva različna materiala, ki služita različnim namenom. En material nastopa kot osnova (matrica) in je namenjen ohranjanju strukture, drugi pa zagotavlja dodatne lastnosti kot ojačitveni material. 

Cilj kompozitov je odpraviti pomanjkljivosti in izboljšati lastnosti osnovnega materiala. 

Kompoziti izboljšujejo lastnosti osnovnega materiala

Tako kot drugje, tudi v 3D tisku uporabljamo kompozite zato, da izboljšamo mehanske lastnosti osnovnega materiala. Kot osnovni material se najpogosteje uporablja poliamid (PA6, PA12, PA66, …) ali ABS, za ojačitev pa se uporabljajo ogljikova, steklena ali aramidna vlakna, ki so lahko nasekana ali neprekinjena.

Nasekana vlakna

V tem primeru se uporabljajo kratka vlakna (krajša od milimetra), ki jih proizvajalci filamentov vmešajo v osnovni termoplastični material, da mu povečajo togost in trdnost. Na mehanske lastnosti končnega materiala tako vpliva vrsta osnovnega materiala ter količina in dolžina vlaken.

Med tiskanjem se vlakna naključno usmerijo v vse smeri in tako pripomorejo k spremembi mehanskih lastnosti končnega izdelka po celotnem volumnu. Največja prednost te metode je izboljšana povezava med sloji, kar vodi do večje izotropije mehanskih lastnosti.

Neprekinjena vlakna

Za razliko od nasekanih usmerjenost in lokacijo pri neprekinjenih vlaknih določimo sami. Pri tej metodi pravi kompozitni material dobimo šele med 3D tiskom, ko na predhodno natisnjeni sloj osnovnega materiala dodajamo ojačitveno vlakno. Ker se tu mehanske lastnosti spreminjajo v odvisnosti z usmerjenostjo vlaken (povečanje trdnosti vzporedno z smerjo vlakna), lahko s pravilno določitvijo usmerjenosti in lokacije vlaken tiskanemu izdelku izboljšamo lastnosti lokalno.  

Zakaj uporabljati kompozitne materiale?

Poglejmo si le nekaj izmed številnih razlogov za 3D tisk s kompozitnimi materiali:

  • Trdnost: Trdnost izdelkov iz kompozitnih materialov je znatno večja kot trdnost izdelkov izdelanih samo iz osnovnega materiala. 
  • Teža: Kompozitni materiali predstavljajo lažjo alternativo kovinam in so kot taki idealni za izdelavo komponent, kjer je važna trdnost in nizka teža.
  • Odpornost: Odvisno od osnovnega materiala, kompoziti ponujajo dobro vzdržljivost v zahtevnih okoljih (temperaturna odpornost, odpornost na olja in kisline, …)
  • Togost: Kompozitni materiali imajo visoko togost in so zaradi tega primerni za izdelavo izdelkov, ki morajo ohranjati svojo obliko med obremenitvami (nosilci, …)
  • Svoboda oblikovanja: 3D natisnjeni izdelki iz močnih kompozitnih materialov so kot nalašč za izdelavo izdelkov zahtevnih geometrij, ki jih je z drugimi tehnologijami težko ali celo nemogoče izdelati (topološka optimizacija).
  • Stroškovna učinkovitost: Pogosto je uporaba kompozitnih materialov in 3D tiska stroškovno učinkovitejše od drugih proizvodnih metod, še posebej za izdelavo unikatov ali manjših serij.

Kje uporabljati kompozitne materiale?

Kompozitni materiali z izboljšanjem mehanskih lastnosti širijo uporabo 3D tiska na izdelavo zahtevnejših komponent, kjer je bila kovina doslej prva izbira. 

Natisnjene izdelke iz kompozitov se vse pogosteje uporablja za funkcionalno testiranje prototipov, uporabni so kot pripomočki za proizvodnjo (šablone, držala, robotska prijemala…), orodja (orodja za krivljenje pločevine), največ pa se uporabljajo za izdelavo končnih izdelkov, kjer so pomembni nizka teža ter visoka togost in trdnost (izdelki za šport, ohišja… ).

Prenesite brezplačno eKnjigo

Prenesite brezplačno eKnjigo in spoznajte ali je 3D tisk prava rešitev za učinkovitejšo izdelavo orodij tudi v vašem podjetju.

Prenesite eKnjigo

Kaj na področju kompozitov ponuja Stratasys?

V naboru materialov, ki jih ponuja Stratasys, najdemo 3 različne kompozitne materiale z nasekanimi ogljikovimi vlakni:

  • ABS-CF10: kompozitni material, kjer je kot matrica uporabljen klasični ABS, ki je ojačan z 10 % (masni delež) nasekanih ogljikovih vlaken. Končni material je v primerjavi z osnovnim trši (50 %),  močnejši (15 %) in ima zelo dobro odpornost na vlago. 
  • Nylon-CF10: Pri Nylon-CF10 je osnovni material mešanica poliamidov (PA), ojačan z 10 % (masni delež) nasekanih ogljikovih vlaken. Kompozit je močnejši (67 %) in prožnejši (300 %) v primerjavi z osnovnim materialom.
  • Nylon 12CF: Osnova kompozita Nylon 12CF je material PA12 (najlon 12), ki je ojačan z 35 % (masni delež) nasekanih ogljikovih vlaken. V primerjavi z materialom PA12 ima višji modul elastičnosti (100 %) in  višjo trdnost (60 %). 

Za več informacij o uporabi kompozitnih materialov stopite v stik z našimi svetovalci za 3D tisk. 

Preberite še

Stratasys P3
DLP tehnologija: hiter, natančen in zanesljiv 3D tisk

DLP je tehnologija 3D tiska, ki izkorišča občutljivost določenih materialov na UV svetlobo. Z obsežnim naborom fotopolimernih smol omogoča izdelavo izjemno natančih kosov v kratkem času.

Materiali za 3D tisk
Somos WeatherX 100: odkrijte 3D tisk vremensko odpornih kosov

Somos WeatherX 100 ponuja izboljšano obstojnost na vremenske vplive, kemikalije in UV svetlobo. S tem je odlična izbira za 3D tisk funkcionalnih prototipov za dolgotrajnejša testiranja in izdelkov za končno uporabo.

3D tiskalniki
Kako 3D tisk s kompoziti izboljšuje proizvodnjo?

3D tisk ponuja hitro, cenovno ugodno izdelavo lahkih in prilagodljivih orodij. Kako to vpliva na proizvodnjo? Odkrijte, kako lahko 3D tisk izboljša učinkovitost, zmanjša stroške ter olajša delo v proizvodnih procesih.