RESINAS

COMPÓSITOS

Show me the magic

A fibra de carbono é o reforço de maior rigidez e resistência disponível para impressão 3D, mas para entender como a mágica acontece, engenheiros precisam dominar uma área do conhecimento chamada "Mecânica dos Compósitos.  Dimensionar componentes com materiais isotrópicos é fácil, quando um material tem as mesmas propriedades em todas direções, sua resistência é determinada apenas pela sua geometria. Chamamos este tipo de material de Isotrópico, pois o valor de propriedades como rigidez e resistência são independentes da direção. Quando usamos materiais compósitos as propriedades do material mudam com a direção de interesse. Na direção da fibra o material tem sua máxima resistência e rigidez, mas a 90° a resistência e rigidez é dominada pela resina, no caso, o Onyx. Quando um material compósito é fabricado sobrepondo camadas alinhadas em diferentes direções, como por exemplo, 0°, 45°, 90° e -45°, chamamos este material de quasi-isotrópico. Ele recebe este nome, pois como um todo, o componente terá um comportamento similar a um material isotrópico.  

Black Aluminium

Visto que a fibra de carbono é muito mais resistênte que o alumínio, quando aplicamos lâminas posicionadas para formar o laminado quasi-isotrópico, o resultado final é um material com resistência e rigidez equivalente ao deste metal. Como exemplo, na figura abaixo vemos uma representação da rigidez de um material com fibras na direção 0° e 90° . Veja que na direção +/- 45° a propriedade é inferior a 50% em relação a orientação 0° e 90°. Portanto, para o material ser considerado quasi-isotrópico, teriamos que colocar mais duas lâminas em +45° e -45°, fazendo com que a propriedade varie significativamente em função da direção do esforço. 

O uso de compósitos quasi-istrotrópicos é um avanço em relação ao uso de materiais metálicos. Conhecida por "Black Aluminium", a cofiguração quasi-isotrópica agrega outras vantagens em relação à este metal, tais como sua resistência a fadiga e a corrosão. No entanto, do ponto de vista estrutural, este "alumínio preto" ainda é uma solução trivial frente as possibilidades de otimização que os compósitos podem alcançar.

"Add lightness" and Save money

O famoso engenheiro da Formula 1, o britânico Colin Chapman, uma vez descreveu como fazia para criar carros vencedores usando as seguintes palavras: "Simplifique, e então, adicione leveza."  Assim como os carros de Chapman, peças feitas por Manufatura Aditiva de Materiais Compósitos minimizam o desperdicio de material colocando fibra e resina apenas onde é necessário. Isso permite obter componentes mais leves que seus similares em metal ou compósito quasi-isotrópico, mas também economizam tempo e dinheiro, pois o material não é usado onde este não colabora com a resistência do componente.

Veja o exemplo abaixo de uma manopla de freio de motocicleta feita de Onyx com fibras de carbono. 

Utilizando o método tradicional de sobreposição de camadas a 0°, +/-45° e 90° tem-se um desperdício de material causado por duas razões; Primeiro, a principal solicitação mecânica deste componente é a flexão. Neste tipo esforço, próximo à linha neutra (centro) da viga o material é menos solicitado e não contribui com a rigidez do componente. O segundo fator é a direção das fibras, que em 75% das camadas (+/-45° e 90°) não estão alinhadas com o esforço de flexão e não contrinuem com eficiência.

Em relação ao alumínio essa diferença é ainda mais significativa, pois além da densidade do alumínio ser quase o dobro da densidade material compósito, a Manufatura Aditiva cria uma estrutura treliçada com vazios que são eficientes em transmitir os esforços para as regiões reforçadas por fibras. Abaixo temos uma seção da peça reforçada com fibra de vidro para facilitar a visualização do resultado.

Vantagens

-Excelente acabamento superficial.

-Resistência Mecânica Excepcional.

-Alta Rigidez .

-Resistência química à hidrocarbonetos.

-Estabilidade Dimensional.

-Tempereratura de operação superior ao Onyx sem reforço.

-Possibilidade de acoplamento entre Flexão e Torção.

-Complacência em relação a compósitos termorrigidos. 

-Reciclável.

Limitações

-Baixa resistência química a ácidos e bases fortes.

-Custo.

-Reciclável porém em aplicação de menor exigência mecânica.

Visão geral

Este compósito termoplástico carrega consigo todas as vantagens do Onyx, tais como; tenacidade, resistência ao desgaste e alta temperatura de deflexão. Além da resistência mecânica, a estabilidade dimensional do Onyx também é singular. Isso significa que suas peças serão mais precisas em relação ao seu modelo CAD. É possível obter tolerâncias de +/-0,1mm até centésimos de milímetros em geometrias que forem desenvolvidas pensando no processo de Manufatura Aditiva (DfAM). A adição de reforços na peça significa que o empenamento provocado pelo ciclo térmico de deposição dos filamentos é minimizado permitindo formas mais nítidas. A adição das fibras altera como o material se comporta assim que sai da extrusora e esfria, ocorre menos deformação térmica e a dissipação de calor dentro do material é mais rápida, então as peças empenam menos na placa de construção e podem tolerar ângulos mais acentuados. Como resultado, a peça sai da impressora exatamente como você a projetou. Quer saber mais? Veja o compilado de propriedades mecânicas na nossa seção de materiais.

Materiais disponíveis para fabricação comparados com alumínio 6061 T6 e ABS.