Impressão 3D com materiais compósitos

Sep 30, 2023

Amostras de peças de alta resistência, incluindo juntas esféricas, impressas em 3D a partir de náilon contínuo reforçado com fibra de carbono no novo sistema industrial Mark Two da MarkForged. Imagem cortesia de MarkForged.

Há apenas alguns anos, qualquer artigo focado na impressão 3D com materiais compósitos era um artigo bastante curto. Agora, o mesmo assunto poderia encher uma revista, dada a recente onda de desenvolvimento de materiais e sistemas voltados para a impressão 3D de peças mais fortes e leves.

Peças feitas de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRPs) têm sido usadas há décadas devido à sua alta relação resistência/peso; polímeros como náilon e cargas como fibra de vidro também são amplamente utilizados. No entanto, os processos tradicionais de fabricação de compósitos geralmente envolvem camadas manuais e exigem pós-processamento, como autoclavagem e moldagem a vácuo. Tais tarefas podem exigir competências mais elevadas e custos mais elevados do que trabalhar com plásticos ou metais convencionais. Como os designers estão sempre procurando materiais mais resistentes para usar com sistemas de impressão 3D/fabricação aditiva (AM), não é de admirar que esse conceito de material esteja recebendo cada vez mais atenção. DE analisa os sistemas e materiais de manuseio de compósitos AM já disponíveis ou que serão lançados em breve, bem como os esforços em áreas de apoio.

Software para otimizar propriedades de peças impressas em 3D

Quando a Arevo Labs foi fundada, “nossa visão era produzir peças de produção [a partir de compósitos]”, diz Hemant Bheda, presidente da empresa. A Arevo Labs desenvolveu uma família de filamentos compostos de alta resistência com diversas propriedades, mas que resolveu apenas parte do problema. “A AM oferece liberdade para fabricar peças de muitas maneiras diferentes — até 10.000 maneiras”, observa Bheda, “mas qual é a melhor maneira? Percebemos que precisávamos de alguma ferramenta de software que pudesse prever as propriedades para que pudéssemos otimizar o projeto e a orientação; caso contrário, estaríamos construindo peças às cegas.”

Bheda diz que isso nunca tinha sido feito antes, mas agora eles estão desenvolvendo um produto chamado AFEA que faz exatamente isso. Este software, baseado em um algoritmo de análise de elementos finitos, é executado em Windows, Mac e na nuvem, e apoiará os engenheiros no controle da orientação da fibra, aproveitando ao mesmo tempo a liberdade de design exclusiva da AM. “Queremos que os engenheiros explorem os projetos, perguntando ‘posso obter esta propriedade final’ e fazendo uma peça de teste para confirmar os cálculos.” A Arevo Labs está trabalhando com um conjunto de parceiros estratégicos para um lançamento inicial do software no terceiro trimestre de 2016.

A necessidade de software de simulação/otimização é amplamente reconhecida para tornar a impressão 3D viável como uma verdadeira manufatura: produzir peças com resultados desejados, previsíveis e repetíveis, seja uma única vez ou em volume. Outras empresas, desde a Avante Technology até a SIMULIA da Dassault Systèmes, estão enfrentando esse desafio, portanto, fique atento. – PJW

O A2V2 do fabricante italiano 3ntr é um sistema de fabricação de filamentos fundidos (FFF) cuja ampla faixa de temperatura operacional (até 410°C) permite operar vários tipos de filamentos compostos, incluindo náilon/carbono e náilon/vidro PA66. Com volume de impressão de 24,4x13,7x19,2 pol. é voltada para produção industrial. A Plural Additive Manufacturing transporta o sistema nos EUA

A Cincinnati Incorporated (CI) ganhou as manchetes nos últimos anos por seu equipamento de extrusão Big Area Additive Manufacturing (BAAM), que tem sido operado principalmente com materiais compostos plásticos ABS (acrilonitrila butadieno estireno) reforçados com fibra de carbono. A empresa trabalhou com a Local Motors para imprimir em 3D o carro Strati e a reprodução do Shelby Cobra, o pontapé inicial para uma linha planejada de veículos projetados pela comunidade e produzidos localmente. De acordo com Matt Garbarino, gerente de marketing da CI, a Local Motors agora possui três sistemas BAAM, incluindo um na sede da Local Motors em Chandler, AZ, e outro sendo instalado em sua Microfábrica em National Harbor, MD. Garbarino diz que o ritmo de melhorias no sistema, nos materiais e no software de programação está muito rápido no momento; outro de seus clientes, a SABIC IP, está dedicando sua máquina inteiramente ao desenvolvimento de materiais. O composto de fibra de carbono picado THERMOCOMP da SABIC foi usado para construir o veículo Strati.