Filamentos reforzados con fibra de carbono

Los materiales reforzados con fibra de carbono están rellenos con fibras continuas o partículas de fibra que dan como resultado piezas con propiedades físicas mejoradas y alta rigidez. Hay una variedad de opciones reforzadas con fibra de carbono para impresión 3D, pero todas requieren configuraciones de impresión drásticamente diferentes.

Los filamentos reforzados con fibra de carbono combinan los beneficios de los termoplásticos con la resistencia y rigidez de las fibras de carbono, creando materiales optimizados para aplicaciones de grado de ingeniería. Estos compuestos son ideales para piezas ligeras y duraderas que requieren propiedades mecánicas mejoradas y estabilidad dimensional.

¿Qué son los filamentos reforzados con fibra de carbono?

Los filamentos de fibra de carbono infunden fibras cortas de carbono en un termoplástico base (p. ej., PLA, PETG, Nylon, ABS o PC). Las fibras aumentan la rigidez, reducen el alabeo y mejoran la resistencia al calor mientras mantienen la imprimibilidad del material base.

Beneficios clave

• Mayor rigidez: Las fibras mejoran la rigidez, reduciendo la flexión en componentes estructurales.

• Estabilidad dimensional: Minimiza la contracción y el alabeo durante el enfriamiento.

• Ligereza: Menor densidad que los metales, ideal para industrias sensibles al peso.

• Mejor resistencia al calor: Temperaturas de deflexión térmica más altas que los materiales base.

Opciones comunes reforzadas con fibra de carbono

1. PLA-CF

• Material base: PLA

• Propiedades: Rigidez y acabado superficial mejorados, pero adhesión entre capas y resistencia al impacto reducidas.

• Aplicaciones: Prototipos estéticos, estructuras de drones, utillajes ligeros.

• Limitaciones: Frágil; no apto para entornos de alta tensión o altas temperaturas.

PLA-CF de Polymaker

2. PETG-CF

• Material base: PETG

• Propiedades: Equilibra rigidez con resistencia UV/química; menos propenso al alabeo que ABS-CF.

• Aplicaciones: Molduras automotrices, elementos exteriores, prototipos funcionales.

• Limitaciones: Ductilidad reducida en comparación con PETG estándar.

3. Nylon-CF (p. ej., NylonX, PA-CF)

• Material base: Nylon (PA6/PA12)

• Propiedades: Alta resistencia a la tracción (hasta 100 MPa), resistencia al calor (HDT hasta 155 °C) y resistencia a la fatiga.

• Aplicaciones: Plantillas, engranajes, soportes aeroespaciales y piezas automotrices bajo el capó.

• Limitaciones: Requiere un secado riguroso y hardware resistente a la abrasión.

Fiberon™ PA6-CF20 de Polymaker

4. ABS-CF

• Material base: ABS

• Propiedades: Rigidez mejorada y reducción del alabeo en comparación con ABS estándar.

• Aplicaciones: Prototipos automotrices, carcasas y componentes funcionales.

• Limitaciones: Propenso a emitir humos; requiere ventilación.

5. PC-CF

• Material base: Policarbonato

• Propiedades: Resistencia excepcional (tracción ~70–75 MPa) y resistencia al calor (hasta 150 °C).

• Aplicaciones: Componentes aeroespaciales, útiles para altas temperaturas e aislantes eléctricos.

• Limitaciones: Exige altas temperaturas de boquilla (300–330 °C) e impresoras cerradas.

6. Compuestos especiales

• PPS-CF: Alta estabilidad térmica (hasta 260 °C a corto plazo) para piezas aeroespaciales y resistentes a productos químicos.

• PP-CF: Ligero con resistencia a la fatiga para bisagras y ensamblajes de encaje a presión.

Consideraciones de impresión

Requisitos de hardware

• Boquilla: Acero endurecido, rubí o recubierta de diamante para soportar la abrasión.

• Adherencia a la cama: Hojas de PEI, adhesivos (p. ej., Magigoo) o superficies texturizadas.

• Recinto: Recomendado para materiales propensos al alabeo (p. ej., ABS-CF, Nylon-CF).

Desafíos

• Abrasion: Desgaste acelerado en los engranajes del extrusor y los tubos Bowden.

• Sensibilidad a la humedad: Nylon-CF y PC-CF requieren secado (70–80 °C durante 4–6 horas).

• Adhesión entre capas: Temperaturas de boquilla más altas y velocidades más lentas mejoran la unión.

Aplicaciones por industria

Industria	Casos de uso	Materiales preferidos
Aeroespacial	Soportes, conductos, estructuras de drones	Nylon-CF, PPS-CF, PC-CF
Automotriz	Montajes, molduras, componentes bajo el capó	PETG-CF, ABS-CF, Nylon-CF
Industrial	Plantillas, piezas de cinta transportadora, utillaje	Nylon-CF, PC-CF
Consumo	Fundas de teléfono, artículos deportivos	PLA-CF, PETG-CF
Médico	Prótesis, guías quirúrgicas	Nylon-CF (biocompatible)

Ventajas y desventajas

Ventajas

• Relación resistencia-peso: Más ligero que el metal con rigidez comparable.

• Estabilidad dimensional: Alabeo reducido para piezas de precisión.

• Atractivo estético: Acabado mate con textura de fibra visible.

Limitaciones

• Fragilidad: Resistencia al impacto reducida en algunas formulaciones (p. ej., PLA-CF).

• Costo: Más caro que los filamentos estándar.

• Desgaste del hardware: Las fibras abrasivas requieren reemplazos frecuentes de boquillas.