Stampa 3D con materiali compositi

May 09, 2024

Esempio di parti ad alta resistenza, inclusi giunti sferici, stampate in 3D da nylon rinforzato con fibra di carbonio continua sul nuovo sistema industriale Mark Two di MarkForged. Immagine gentilmente concessa da MarkForged.

Solo pochi anni fa, qualsiasi articolo incentrato sulla stampa 3D con materiali compositi era piuttosto breve. Ora, lo stesso argomento potrebbe riempire una rivista, data la recente ondata di sviluppi di materiali e sistemi volti alla stampa 3D di parti più resistenti e leggere.

Le parti realizzate in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) sono utilizzate da decenni per il loro elevato rapporto resistenza/peso; Sono ampiamente utilizzati anche polimeri come il nylon e riempitivi come la fibra di vetro. Tuttavia, i processi tradizionali di produzione dei compositi spesso comportano la stratificazione manuale e richiedono una post-elaborazione come l’autoclavaggio e lo stampaggio sotto vuoto. Tali compiti possono richiedere competenze più elevate e costi maggiori rispetto alla lavorazione con plastica o metalli standard. Poiché i progettisti sono sempre alla ricerca di materiali più resistenti da utilizzare con i sistemi di stampa 3D/produzione additiva (AM), non c’è da meravigliarsi che questo concetto di materiale riceva sempre maggiore attenzione. DE dà uno sguardo ai sistemi e ai materiali di movimentazione dei compositi AM ora disponibili o in arrivo, nonché agli sforzi nelle aree di supporto.

Software per l'ottimizzazione delle proprietà delle parti stampate in 3D

Quando è stata fondata Arevo Labs, "la nostra visione era quella di produrre parti di produzione [da compositi]", afferma Hemant Bheda, presidente dell'azienda. Arevo Labs ha sviluppato una famiglia di filamenti compositi ad alta resistenza con una gamma di proprietà, ma che ha risolto solo una parte del problema. “L’AM offre la libertà di realizzare parti in molti modi diversi, anche 10.000 modi”, osserva Bheda, “ma qual è il modo migliore? Ci siamo resi conto che avevamo bisogno di uno strumento software in grado di prevedere le proprietà in modo da poter ottimizzare la progettazione e l'orientamento; altrimenti costruiremmo pezzi alla cieca”.

Bheda afferma che ciò non era mai stato fatto prima, ma ora stanno sviluppando un prodotto chiamato AFEA che fa proprio questo. Questo software, basato su un algoritmo di analisi degli elementi finiti, funziona su Windows, Mac e sul cloud e aiuterà gli ingegneri a controllare l’orientamento delle fibre sfruttando al tempo stesso la libertà di progettazione unica dell’AM. "Vogliamo che gli ingegneri esplorino i progetti, chiedano 'posso ottenere questa proprietà finale' e realizzino una parte di prova per confermare i calcoli." Arevo Labs sta lavorando con una serie di partner strategici verso una versione iniziale del software nel terzo trimestre del 2016.

La necessità di software di simulazione/ottimizzazione è ampiamente riconosciuta per rendere la stampa 3D praticabile come vera produzione: produrre parti con risultati desiderati, prevedibili e ripetibili, sia una tantum che in serie. Altre aziende, da Avante Technology a SIMULIA di Dassault Systèmes, stanno affrontando questa sfida, quindi rimanete sintonizzati. – PJW

L'A2V2 del produttore italiano 3ntr è un sistema di fabbricazione di filamenti fusi (FFF) il cui ampio intervallo di temperature operative (fino a 410°C) gli consente di gestire diversi tipi di filamenti compositi tra cui nylon/carbonio e nylon/vetro PA66. Con un volume di stampa di 24,4x13,7x19,2 pollici è destinata alla produzione industriale. La produzione additiva plurale porta il sistema negli Stati Uniti

Cincinnati Incorporated (CI) ha fatto notizia negli ultimi anni per le sue apparecchiature di estrusione per la produzione additiva per grandi aree (BAAM), che sono state utilizzate principalmente con materiali compositi plastici ABS (acrilonitrile butadiene stirene) rinforzati con fibra di carbonio. L’azienda ha collaborato con Local Motors per stampare in 3D sia l’auto Strati che la riproduzione della Shelby Cobra, dando il via a una linea pianificata di veicoli progettati dalla comunità e prodotti localmente. Secondo Matt Garbarino, responsabile marketing di CI, Local Motors ora possiede tre sistemi BAAM, di cui uno presso la sede centrale di Local Motors a Chandler, Arizona, e uno installato presso la Microfactory di National Harbor, MD. Garbarino afferma che il tasso di miglioramento del sistema, dei materiali e del software di programmazione è molto rapido in questo momento; un altro dei loro clienti, SABIC IP, sta dedicando interamente la sua macchina allo sviluppo dei materiali. Per costruire il veicolo Strati è stato utilizzato il composto di fibra di carbonio tritata THERMOCOMP di SABIC.