Die Kraft von Verbundwerkstoffen im 3D-Druck entfesseln

In unserem vorherigen Blog untersuchten wir die Trade-offs gängiger 3D-Druck-Thermoplaste. Während ihr niedriger Schmelzpunkt und einfache Handhabung sie ideal für Rapid Prototyping machen, bleiben sie oft in mechanischer Leistung – Festigkeit, Steifigkeit, Hitzebeständigkeit – hinterher. Markforgeds 3D-gedruckte Verbundwerkstoffe, basierend auf einem Prozess ähnlich Fused Filament Fabrication, überwinden diese Limitierungen und liefern Eigenschaften, die konventionelle Thermoplaste routinemäßig übertreffen.

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Was sind Verbundwerkstoffe?

Verbundwerkstoffe kombinieren zwei oder mehr Bestandteile zu einem Endprodukt mit Eigenschaften, die sich von jedem einzelnen Bestandteil unterscheiden. Ein typischer Faserverbund besteht aus einer Matrix, die die Struktur bindet, und einer Verstärkung – wie Kohlenstoff- oder Glasfasern – die das mechanische Verhalten bestimmt. Die Synergie zwischen Matrix und Verstärkung erlaubt Verbundwerkstoffen, Thermoplaste zu übertreffen, während sie leicht bleiben. Beispielsweise sind viele Kohlenstofffaser-Lagen stärker als Stahl, wiegen aber nur ein Zehntel.

Markforgeds 3D-gedruckte Verbundwerkstoffe kombinieren einen nylonbasierten Thermoplast namens Onyx (die Matrix) mit einer von vier kontinuierlichen Faserverstärkungen: Kohlenstoff, Glasfaser, hochfester hochtemperaturbeständiger Glasfaser (HSHT) oder Kevlar®.

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3D-gedruckte Verbundwerkstoffe

Wie alle Verbundwerkstoffe besitzen diese Teile eine Matrix und eine Verstärkung. Onyx liefert Zähigkeit und Flexibilität, während die gewählte Faser Steifigkeit, Festigkeit oder Temperaturbeständigkeit liefert.

Glasfaser

Glasfaser ist unsere Einstiegsverstärkung. Aus Glasfilamenten bestehend, liefert sie beeindruckende Leistung bei niedrigen Kosten. Im Biegetest ist Glasfaser viermal stärker und elfmal steifer als ABS, was sie ideal für industrielle Vorrichtungen, Spannmittel und andere Anwendungen macht, die mehr Festigkeit verlangen als ein reiner Thermoplast bieten kann.

Kohlenstofffaser

Kohlenstofffaser ist die stärkste und steifste von Markforgeds Fasern. Ihr Festigkeits-Gewichts-Verhältnis ist fast doppelt so hoch wie bei 6061-Aluminium, was 3D-gedruckten Teilen ermöglicht, bearbeitetes Metall in sowohl Leistung als auch Gewicht zu übertreffen. Da sie unter Last minimal durchbiegt, glänzen Kohlenstofffaser-Teile in Anwendungen, wo Präzision und Haltbarkeit kritisch sind. Viele Kunden nutzen sie für Weichbacken, Endverbrauchskomponenten und Produktionswerkzeuge, die sonst aus Metall zerspant würden.

Kevlar®

Kevlar® bietet einzigartige Haltbarkeit und geringere Dichte – 15–20 % leichter als andere Fasern. Es kann plastisch verformen, ohne Festigkeit zu verlieren, und bietet einen graduelleren, vorhersehbareren Versagensmodus im Vergleich zur spröden Natur von Kohlenstofffaser. Kevlar-verstärkte Teile sind ideal für hochbewegte oder hochkontaktierte Umgebungen wie Endeffektoren, Crash-Test-Dummies und mechanische Anschläge.

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Hochfester hochtemperaturbeständiger Glasfaser (HSHT)

HSHT kombiniert Hitzebeständigkeit mit außergewöhnlicher Schlagleistung: 30x der von ABS und über 100x der von PLA. Es behält Steifigkeit bis 300 °F und ist hoch elastisch – verformt sich unter Last und kehrt in Form zurück, wenn die Last entfernt wird. Diese Eigenschaften machen HSHT perfekt für Komponenten, die wiederholtes Spannen, thermischen Schock oder hohe Aufprallkräfte erfahren, wie Schweißvorrichtungen, Thermoformwerkzeuge und Matrizen-Einsätze.

Verbund-3D-Druck

Verbund-3D-Druck erschließt ein neues Spektrum an Materialeigenschaften für den gesamten Fertigungszyklus. Durch Wahl der richtigen Faser – Glasfaser für kosteneffektive Festigkeit, Kohlenstoff für ultra-hohe Leistung, Kevlar für Haltbarkeit oder HSHT für hitzebeständigen Aufprall – können Ingenieure Teile schaffen, die zuvor unmöglich oder prohibitiv teuer zu fertigen waren.

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