복합 재료 이해

이전 블로그 게시물에서 우리는 가장 인기 있는 3D 프린팅 열가소성 수지의 주요 차이점을 분석했습니다. 낮은 용융 온도와 일반적인 인쇄 단순성은 부품을 빠르고 쉽게 만들 수 있지만 열가소성 플라스틱은 강도, 강성 및 내열성과 같은 기계적 특성과 관련하여 아쉬운 점을 남깁니다. 다행히도 Fused Filament Fabrication(가장 널리 사용되는 열가소성 인쇄 공정)과 유사한 기술을 활용하여 Markforged는 거의 모든 면에서 열가소성 수지의 특성을 능가하는 복합 재료를 3D 인쇄하는 방법을 개발했습니다.

복합재 설계 가이드 읽기

합성물이란 무엇입니까?

복합 재료는 결합할 때 원래 구성 요소와 다른 특성을 갖는 둘 이상의 물질로 만들어진 재료입니다. 매트릭스와 강화의 두 가지 주요 요소로 구성됩니다. 일반적인 섬유 복합 재료의 경우 보강재(예:탄소 섬유 또는 유리 섬유)를 원하는 모양으로 만든 다음 매트릭스(종종 에폭시 또는 열가소성 수지)로 덮어 구조를 유지합니다. 복합 재료는 재료 조합에서 발생하는 시너지 특성으로 인해 유리하며, 저밀도를 유지하면서 열가소성 수지보다 성능이 훨씬 뛰어납니다. 사실, 많은 탄소 섬유 레이업은 무게의 10분의 1로 강철보다 강합니다.

다양한 복합 재료를 구성하는 다양한 유형의 매트릭스와 보강재가 있습니다. 이 게시물에서는 Markforged의 3D 인쇄 복합 재료, 속성 및 이상적인 응용 분야에 대해 구체적으로 살펴보겠습니다.

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3D 인쇄 합성물

다른 복합 부품과 마찬가지로 Markforged의 3D 인쇄 복합 재료는 매트릭스와 보강재의 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 우리의 매트릭스는 나일론 기반 열가소성 수지인 Onyx라고 하며 강화재는 4개의 연속 섬유 중 하나입니다. 이러한 강화 섬유에는 탄소 섬유, 유리 섬유, 고강도 고온 유리 섬유 및 Kevlar®가 포함됩니다.

유리섬유

유리 섬유는 보급형 강화 섬유입니다. 이름에서 알 수 있듯 유리 섬유를 필라멘트로 묶은 것입니다. 유리 섬유는 고성능이면서 저렴하기 때문에 초보자에게 좋은 강화 섬유입니다. 굴곡에서 유리 섬유는 ABS보다 4배 더 강하고 11배 더 단단합니다. 이것은 열가소성 수지가 제공할 수 있는 것보다 더 많은 강도를 요구하는 산업용 도구, 고정 장치 및 워크홀딩을 3D 프린팅하기 시작하는 효과적인 방법을 제공합니다.

탄소 섬유

탄소 섬유는 Markforged의 강화 섬유 중 가장 강하고 뻣뻣합니다. 강도 대 중량 비율이 6061 알루미늄의 거의 두 배에 달하는 3D 인쇄 탄소 섬유 부품은 금속으로 가공된 부품보다 성능이 뛰어납니다. 또한 탄소 섬유는 하중을 받을 때 변형을 최소화하여 알루미늄보다 가장자리를 부여하여 하중이 가해지면 소성 변형됩니다.

탄소 섬유의 강도는 금속의 강도와 비슷하기 때문에 고객은 보통 기계에서 사용하는 부품을 인쇄하는 데 탄소 섬유를 사용합니다. 여기에는 소프트 죠, 최종 사용 부품 및 생산 성형 도구가 포함됩니다.

케블라

케블라는 고유한 특성을 지닌 보다 전문화된 강화 섬유입니다. 내구성이 매우 뛰어납니다. 케블라로 강화된 부품은 실패 없이 두들겨 맞을 수 있습니다. 또한 Markforged의 강화 섬유 중 가장 가벼우며 밀도가 다른 섬유보다 15-20% 낮습니다. Kevlar의 가장 주목할만한 특징 중 하나는 강도를 잃지 않고 소성 변형하는 능력입니다. 케블라 강화 부품은 최대 하중을 받을 때 일부가 허용되어 보다 점진적인 고장 모드가 발생합니다. 예를 들어, 더 단단하지만 훨씬 더 부서지기 쉬운 탄소 섬유는 최대 하중을 가했을 때 경고 없이 완전히 고장납니다. 반면 케블라는 섬유가 한 번에 하나씩 고장나기 시작할 때까지 변형되어 훨씬 더 예측 가능한 고장을 제공합니다.

낮은 밀도와 우수한 내구성으로 인해 Kevlar는 많은 움직임과 다른 부품과의 반복적인 접촉이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 우리 고객은 이 제품을 사용하여 엔드 이펙터, 충돌 테스트 더미, 기계적 정지 및 가변 하중과 관련된 기타 응용 프로그램을 3D 인쇄합니다.

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고강도 고온 유리 섬유

HSHT 유리 섬유는 또 다른 특수 강화재입니다. 이름에서 알 수 있듯 내열, 고강도 유리 섬유 버전입니다. 화씨 300도까지의 온도에서도 강성을 유지합니다. HSHT는 또한 ABS의 30배, PLA의 100배 이상의 놀라운 내충격성을 보여줍니다. 또한 HSHT 유리 섬유는 가장 탄력 있는 섬유입니다. 하중이 가해지면 구부러지고 하중이 제거되면 원래 모양으로 돌아갑니다. 이는 영구적인 변형 없이 반복적인 처짐이 필요한 부품에 유리한 특성입니다.

위의 속성은 HSHT가 특정 제조 공정의 반복된 클램핑 및 열 충격 동안 소성 변형에 저항하도록 합니다. 고객은 HSHT를 활용하여 용접 고정구, 열성형, 열경화성 금형, 사출 금형 인서트, 블로우 금형 및 기타 고충격, 고온 응용 분야용 부품을 3D 프린팅합니다.

합성 3D 인쇄

복합 3D 프린팅은 설계자와 엔지니어가 제조 주기 전반에 걸쳐 응용 분야에 대해 다양한 재료 속성 세트를 활용할 수 있는 능력을 제공합니다. 이 게시물에서 다룬 4개의 섬유가 나타내는 특수 특성은 이전에는 없었던 적층 제조를 적용할 수 있는 기회를 제공합니다.

3D 프린팅이 귀하의 비즈니스에 적합한 분야에 대해 알고 싶으십니까? 제품 전문가 토론합니다.