So stärken Sie 3D-gedruckte Teile

Die additive Fertigung gewinnt in den verschiedenen Industriezweigen allmählich an Trägheit. Eines der größten Hindernisse ist jedoch die Ausdauer und Leistung der Teile – die Notwendigkeit, 3D-gedruckte Teile zu stärken, ist von größter Bedeutung. Da das am häufigsten verwendete Material in 3D-Druckern eine Form von Polymer oder Kunststoff ist, sind die Einschränkungen in der Art der Teile, die durch den Prozess hergestellt werden können, und ihre Haltbarkeit für alle sichtbar. Glücklicherweise gab es eine Reihe von jüngsten Entwicklungen und zukünftigen Möglichkeiten, wenn es um die Herstellung stärkerer Teile geht, die mit Stahl und Verbundwerkstoffen konkurrieren können. Die Möglichkeit, 3D-gedruckte Teile zu verstärken, würde dem 3D-Druckprozess einen ganz neuen Mehrwert verleihen.

Neue Verfahren in der additiven Fertigung:

Die ersten Bemühungen, 3D-gedruckte Teile zu verstärken, konzentrierten sich darauf, einfach hochfestes Material zu verwenden und daher die 3D-Drucker an die Anforderungen einer solchen Abscheidung anzupassen. SLS (es gibt auch andere Prozesse) ist eine Methode, die in der additiven Fertigung verwendet wird, um hochfeste Teile zu liefern und Komponenten mit sehr guten Arbeitsbedingungen zu bauen. Diese Verfahren sind unternehmensweit kommerziell erhältlich und werden als SLM (Selective Laser Melting), EBM (Electron Beam Melting) und DMLS (Direct Metal Laser Sintering) bezeichnet. Sie verlassen sich auf eine Pulverabscheidungsmethode, um Pulverschichten zu verteilen und Schichten zu konstruieren, die entweder gebunden oder zusammengeschmolzen sind.

Diese Verfahren sind jedoch sehr teuer und anspruchsvoll in Bezug auf Ressourcen und Energieverbrauch. Darüber hinaus ist ihre Verwendung aufgrund der Komplexität der Inspektion der Teile und der teuren, wenn nicht nicht verfügbaren Analyseprotokolle für sie (die für Zertifizierungs- und Testzwecke erforderlich sind) immer noch auf einige wenige Komponenten beschränkt.

Faserverstärkung:

Seit dem Aufschwung der Verbundwerkstoffe ist “Mit einer Handvoll Fasern ist alles besser” seit einiger Zeit ein Trend. Daher war es eine verständliche Entwicklung, kurze Carbonfasern in das Harz des 3D-Druckers zu werfen. Schließlich wirkt das Harz als Matrix und die Fasern liefern die gewünschten mechanischen Eigenschaften in einem starken Teil. Unnötig zu erwähnen, dass viele zu ihren Lasten gelernt haben, dass nein, eine Handvoll langer und noch schlimmer kurzer Kohlenstoff- / Glasfasern in den Kessel zu werfen, Ihre Teile nicht besser macht. Wenn überhaupt, können sie sich aufgrund der Nachlässigkeit der Anisotropie dieser Komponenten und der Unkenntnis des Umfangs an Berechnungen und Studien, die sie erfordern, als katastrophal erweisen, bevor sie in einen Verbund aufgenommen und für eine bestimmte Verwendung strukturiert werden. Die Mikromechanik der Schichten und die Fluiddynamik des verstärkten Harzes werden erforscht, um die Vorhersagbarkeit der Faserorientierung und ihrer Eigenschaften innerhalb des FDM-Prozesses zu überprüfen.

Faserführung:

Es gibt eine informiertere Möglichkeit, Fasern in ein 3D-gedrucktes Teil einzubeziehen: entweder durch einige Marken von 3D-Druckern, die es dem Benutzer ermöglichen, die Faserführung und damit die Ausrichtung während des Aufbaus der Schichten zu wählen, oder durch manuelle Zusammensetzung durch Füllen einer 3D-gedruckten Hülle des gewünschten Teils. Beide Methoden werden ausgiebig von Hobbyisten verwendet. Während diese Methoden zufriedenstellende Ergebnisse liefern können, erfordern sie eine umfangreiche Nachbehandlung und werden nicht für großformatige Teile verwendet, geschweige denn für industrielle Zwecke.

Anpassung der Teile:

Gelegentlich ist eine vollständige Überarbeitung des Teilemodells erforderlich, wenn es einem Slicer vorgelegt wird. Vom Überdenken der Formen über das Skalieren der Geometrie bis hin zum Ändern bestimmter Funktionen gibt es verschiedene Tricks für den 3D-Druck. Um sicherzustellen, dass ein Teil für sich genommen stark ist, wird es entweder mit Stützen zusammengebaut oder mit Hitze und einer speziellen Beschichtung behandelt. Diese Verfahren sind die derzeit am häufigsten verwendeten und implizieren, dass noch Arbeit erforderlich ist, um eine weit verbreitete Verwendung von AM zu fördern.

Obwohl der viskoelastische Aspekt des Formflusses, die Kurzfaserorientierung und der Grad der Kontrolle, den wir darauf haben können, erforscht werden, gab es einige vielversprechende Ergebnisse. Sehr bald könnten wir in der Lage sein, den gesamten Prozess zu automatisieren und zu einer Situation zu kommen, in der das Abladen einer Handvoll kurzer Kohlenstofffasern in die Maschine zu einer angemessenen Orientierung innerhalb eines 3D-gedruckten Teils führt. Es gibt zwar noch viel zu tun, aber es besteht kein Zweifel, dass sich der Prozess, der zur Verstärkung von 3D-gedruckten Teilen erforderlich ist, in die richtige Richtung bewegt.

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