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Nel mondo della stampa 3D ci si chiede spesso se esistono stampanti 3D per realizzare parti in fibra di carbonio. In questo articolo scoprirai che sono tante le stampanti 3D che utilizzano questo nobile materiale, ma è necessario fare dei dovuti distinguo.
Le proprietà della fibra di carbonio nelle stampanti 3D
La fibra di carbonio è un materiale ad elevatissima resistenza meccanica che, se impiegato correttamente, può sostituire i metalli e, in particolare, l’alluminio.
Nelle officine meccaniche il materiale più usato per realizzare attrezzature di produzione è, appunto, l’alluminio. Con la sua alta tenacità alla frattura e la sua buona resistenza alla corrosione è da anni il materiale più duttile.
Fibra di carbonio corta o lunga
Con la diffusione della tecnologia di produzione additiva, stanno velocemente cambiando le abitudini verso ciò che prima era considerato consolidato. Sono, infatti, facilmente disponibili sul mercato stampanti 3D che realizzano componenti polimerici caricati con particelle di fibra di carbonio. Questo mix di materiali, di plastica e fibra, ha il vantaggio di elevare le proprietà di resistenza a trazione rendendo queste parti abili a sostituire il metallo in innumerevoli applicazioni.
È bene, però, per rendere giustizia alla conoscenza, sapere che sul mercato ci sono vari tipi di questo materiale, ognuno con proprietà meccaniche differenti. Sono tutti in grado di sostituire l’alluminio? Che resistenza agli agenti chimici hanno? E il livello di finitura superficiale è quello richiesto dalla tua officina meccanica?
Materiale composito e fibra corta
Facciamo una premessa col dire che se si parla di polimeri rinforzati con fibra stiamo allora parlando di composito. “Il materiale composito è un materiale eterogeneo, cioè costituito da due o più fasi con proprietà fisiche differenti, le cui proprietà sono migliori delle fasi che lo costituiscono” (cit. Ing. Bertoldo).
Detto ciò, nel nostro caso, quando un polimero viene caricato con microparticelle di fibra di carbonio si parla di materiale composito rinforzato con fibra corta. Ad oggi, sul mercato, case produttrici come Stratasys, Roboze e Wasp (per citarne solo alcune) hanno prodotto stampanti 3D che sono sì, in grado di realizzare parti rinforzate, ma, soltanto, in fibra corta.
Fibra lunga e continua di Carbonio
Markforged dal 2013 ha costruito stampanti 3D che realizzano parti in nylon PA6 rinforzate con fibra di carbonio, con la differenza che questo materiale, che si chiama Onyx, è il materiale base, cioè la matrice per realizzare parti resistenti.
Il grande successo di Markforged è dovuto, però, al fatto che l’Onyx può a sua volta venire rinforzato con la fibra continua (o lunga) di carbonio. Questa intuizione, diventata subito un brevetto prezioso per la casa di Boston, permette all’Onyx rinforzato in fibra lunga di Carbonio di diventare più resistente dell’alluminio.
>>Guarda qui le numerose applicazioni dell’Onyx rinforzato con Fibra continua di Carbonio
Numeri e grafici
Nel grafico mostrato qui sotto, vengono indicate le proprietà meccaniche delle varie fibre disponibili quando associate con l’Onyx:
Come è possibile vedere, l’Onyx rinforzato con Fibra di Carbonio è il materiale più tenace tra le tre fibre disponibili.
In quest’altro grafico, si può notare come la resistenza a flessione dell’Onyx con fibra continua di Carbonio sia superiore all’alluminio:
È interessante constatare che l’Onyx, il materiale base per tutti i modelli di stampanti 3D Markforged, anche se usato da solo, ha una resistenza a flessione maggiore di tutti i compositi in circolazione (pari a 80 Mpa). E, come abbiamo visto, se all’Onyx si aggiunge la fibra continua di Carbonio, allora il livello di resistenza aumenta di quasi un ordine di grandezza (fino a 540 Mpa). A prova di ciò, l’ABS, nelle sue varie versioni, può raggiungere un livello di resistenza a flessione massimo di 60 Mpa.
Non esistono al mondo materiali compositi con livelli di resistenza a rottura, a impatto e a snervamento come l’Onyx rinforzato con Fibra di Carbonio.
Le stampanti 3D per fibra di carbonio
Le stampanti 3D che realizzano parti in composito rinforzato con fibra continua di carbonio sono le seguenti:
Stampante 3D Industriale Markforged:
Stampante 3D Professionale Markforged:
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