Акции
Какие бывают композитные пластики для 3D печати
В последнее время наблюдается рост популярности композитной 3D-печати. Это направление, являющееся одним из самых молодых в сфере 3D-печати, уже нашло применение у многих участников рынка аддитивного производства, включая компанию Impossible Objects, которая специализируется в данной области. Композитная 3D-печать завоевала такую популярность, что, согласно некоторым исследованиям, к 2030 году объём рынка композитной 3D-печати достигнет 1,73 миллиарда долларов. Говоря о композитной 3D-печати, мы имеем в виду не только специализированные принтеры, но и композитные материалы, которые являются основой этого процесса. Материалы, состоящие из нескольких компонентов, обладают уникальными свойствами, которые делают их незаменимыми в различных областях, где применяется 3D-печать.
Чтобы создать эти материалы, обычно смешивают пластик, который мы будем называть матрицей, с различными волокнами. Среди множества доступных типов волокон, для 3D-печати наиболее часто используются три вида: углеродное волокно, стекловолокно и PPD-T, известное также как кевлар. В зависимости от того, какие свойства нужны конечному продукту, выбирают короткие или длинные волокна. Короткие волокна равномерно распределяются по всей массе материала и придают прочность всему изделию. Этот тип материала можно использовать с разными моделями 3D-принтеров. Во время печати, длинные волокна укладываются в материал, не подвергаясь измельчению, что обеспечивает армирование именно в тех местах, где это требуется. Однако, на текущий момент, использование таких волокон возможно только с определёнными типами принтеров.
Пластики для 3D печати, армированные углеродным волокном
Как было упомянуто ранее, в процессе создания композитных материалов методом аддитивного производства часто применяется армирование углеродным волокном. Углеродное волокно, изобретённое в 1860 году химиком Джозефом Суоном, состоит из тесно связанных между собой атомов углерода, формирующих упорядоченную кристаллическую структуру в виде нитей. Это уникальное строение придаёт материалу выдающуюся прочность на растяжение. Благодаря уникальному соотношению прочности к весу, которое вдвое превышает показатели алюминия, углеродное волокно играет ключевую роль в создании лёгких, но прочных изделий. Материалы, усиленные углеродным волокном, отличаются высокой жёсткостью, прочностью на разрыв и устойчивостью к воздействию химических веществ.
Применение углеродного волокна в 3D-печати требует особого подхода. Так, для получения деталей высокого качества критически важно использовать сопло из закалённой стали. Те же принципы относятся и к материалу матрицы, который комбинируется с армированием углеродным волокном. Добавление углеродных волокон может значительно повысить прочность и снизить вес различных матриц, таких как PLA, PETG, нейлон, ABS или поликарбонат. Эти волокна не только хорошо сочетаются с термопластичными полимерами, но и могут быть смешаны с керамикой, что упрощает разработку новых продуктов. Уникальные характеристики композитов на основе углеродного волокна находят применение в различных отраслях, включая аэрокосмическую, автомобильную промышленность и строительство.
Композитные пластики для 3D печати, армированные стекловолокном
Стекловолоконный пластик, появившийся в 1930 году, широко применяется для усиления различных термопластичных полимеров. При использовании в сочетании с подходящим базовым материалом, им можно печатать детали, прочность которых в десять раз! превышает прочность изделий из ABS. В сравнении с материалами, усиленными углеродными волокнами, стекловолоконные композиты демонстрируют меньшую жёсткость и более высокую устойчивость к разрушению. Эти особенности, наряду с экономической выгодой, делают стекловолоконные композиты уникальными. Стекловолокно обладает превосходными механическими характеристиками, эффективно изолирует электричество и характеризуется низкой теплопроводностью.
Этот материал предлагается в разнообразных цветовых решениях и отличается низкой степенью усадки, что существенно снижает вероятность деформации изделий. Как и в случае с углеродными волокнами, филамент, усиленный стекловолокном, обладает абразивными свойствами, поэтому для работы с ним необходимо использовать специальное сопло, которое способно выдержать воздействие подобных материалов.
Пластики для 3D-печати, усиленные стекловолокном, оказались незаменимыми при создании инженерных прототипов и конечных деталей, которым необходима высокая механическая и термическая прочность. Этот композитный материал нашёл широкое применение в различных областях — от строительства до морского дела и спорта. Среди выдающихся примеров использования этого материала можно выделить следующие:
Композитные пластики для 3D печати, армированные кевларом
Кевлар, торговая марка компании DuPont de Nemours, был представлен миру в 1971 году. Его изобретательницей стала Стефани Кволек. Этот материал относится к классу арамидных волокон и считается одним из самых прочных в мире.
Процесс получения кевлара включает полимеризацию — соединение длинных молекулярных цепочек. Волокна кевлара располагаются параллельно друг другу, что обеспечивает материалу высокую прочность. Кевлар, как и другие волокна, часто комбинируют с различными видами пластика для создания композитных материалов. Благодаря своим выдающимся механическим свойствам, таким как высокая прочность на разрыв и устойчивость к износу, кевлар широко используется в производстве компонентов, способных выдерживать сильные вибрации и требующих высокой стойкости к истиранию.
Особенно ценно то, что кевлар превосходит сталь по соотношению прочности к весу, которое достигает пятикратного значения. Кроме того, кевлар обладает исключительной термостойкостью, выдерживая температуры до 400°C.
Кевлар отличается низкой плотностью, что делает его универсальным материалом с широким спектром применения. Однородная молекулярная структура кевлара упрощает процесс 3D-печати, позволяя создавать детали высокого качества с гладкой поверхностью.
Кевлар активно применяется в различных отраслях благодаря аддитивному производству. Особенно ценным он оказался для автомобильной промышленности, где используется для создания множества компонентов. Примером успешного использования кевлара является американская компания Aptera Motors, которая применяет этот композитный материал для 3D-печати автомобильных деталей. Это демонстрирует широкие возможности армированных материалов в современном производстве.
