Filamento con fibra de carbono
La gama de filamentos 3D disponibles para fabricación por impresión 3D FDM, ha aumentado enormemente durante los últimos años debido al auge que está acaparando fundamentalmente en el sector industrial. No sólo hablamos de varios proveedores reconocidos que fabrican todo tipo de filamentos termoplásticos como por ejemplo ABS, PLA, PA o PETG; sino que también hay filamentos compuestos de todos estos materiales a los que se le añaden partículas o hilos como la fibra de carbono y la fibra de vidrio. En la actualidad, otra tecnología está dando mucho que hablar: los filamentos 3D con fibra de carbono continua.
Filamento con fibra de carbono cortada Vs. continua
El filamento con fibra de carbono o vidrio tradicional, y el más conocido, contiene pequeñas porciones de fibra troceadas y disueltas en la matriz polimérica. Si bien, en esencia, se trata de un material compuesto o composites, en la práctica deja mucho que desear de los verdaderos productos en composites debido a que no existe continuidad entre las fibras. Como consecuencia, las piezas impresas con fibra de carbono o vidrio cortada son algo más resistentes que sin fibras.
La impresión 3D con fibra continua viene precisamente a resolver este problema. En lugar de contener una inmensa cantidad de pequeñas fibras de no más de medio milímetro, se utiliza una bobina de hilo de fibra que se embebe en el plástico extrusionado por el cabezal a medida que se imprime. La impresión 3D de fibra continua ofrece mayor resistencia y rigidez, ya que si existe continuidad de los hilos que funcionan como medio portante para la transmisión de los esfuerzos. Por otro lado, el plástico en el que se embebe, ahora solo se comporta como matriz para albergar los hilos a la vez que los protege.
Coste de fabricar piezas en fibra de carbono tradicional
Las piezas fabricadas tradicionalmente en fibra de carbono son caras de producir debido a que resulta una operación muy artesanal. Los piezas fabricadas en fibra de carbono necesitan de materiales y útiles también costosos, las llamadas salas limpias por el acondicionamiento que poseen, y personal muy cualificado.
El sector aeronáutico es uno de los sectores que más utilizan estos procesos de fabricación debido a la búsqueda de piezas resistentes y de bajo peso. Aunque existen varias técnicas de fabricación de piezas en fibra de carbono: spray-up, bobidado, infusión de resina por vacío, inyección, pultrusión, etc., el más utilizado en aviación es el laminado o hand lay-up, donde se requieren de útiles sobre los que se conforman las telas prepeg, bolsas de vacío y hornos de curado tipo autoclaves.
Con la impresión 3D de fibra continua, casi todos esos costos desaparecen sin sacrificar la resistencia en comparación con muchos de los procesos antes mencionados.
Impresoras 3d de fibra de carbono
De las marcas más reconocidas de impresoras 3d de fibra de carbono, se encuentran: Markforged que tienen varias máquinas que pueden imprimir con fibras cortadas y continuas.
El sistema de fibra de Desktop Metal funciona de manera parecida a la anterior, excepto que su tecnología de colocación de fibras utiliza rollos de cinta de fibra. Además también puede imprimir fibra con PEEK o nylon. Ellos dicen que sus piezas impresas con esta tecnología son más fuertes que el acero y más ligeras que el aluminio.
Los de Composites continuos tienen una tecnología radicalmente distinta. En lugar de usar un termoplástico para su material rígido, emplea una resina sensible a la luz UV. El cabezal de impresión envuelve la fibra con un fotopolímero a medida que se deposita y luego la solidifica rápidamente por potente luz UV. Este sistema es capaz de usar materiales como el carbono, el vidrio y la aramida, así como con fibras funcionales como la óptica y el metal.
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