Il Kevlar e la fibra di carbonio sono casi interessanti di studio e innovazione, in questo articolo scopriremo la differenza tra questi due materiali, utilizzati per offrire robustezza, peso e rigidità eccezionali delle parti nella produzione additiva.
Il Kevlar
Qual è la prima cosa che ti viene in mente leggendo la parola Kevlar? La maggior parte delle persone penserebbe ai giubbotti antiproiettile, in realtà è un materiale sviluppato da DuPont™ nel 1964 dalla ricercatrice Stephanie Kwolek.
Si tratta di una fibra sintetica resistente al calore, che rientra nel gruppo delle fibre aramidiche, di cui fa parte anche il Nomex. A differenza della fibra naturale che deriva da organismi viventi, quella sintetica viene creata interamente dall’uomo in laboratorio e realizzata per estrusione tramite una filiera.
Ha un carico di rottura simile alla fibra di carbonio, un modulo di elasticità a metà tra quest’ultima e la fibra di vetro e una densità (cioè il peso e le dimensioni del pezzo finito) minore rispetto a entrambe.
Le applicazioni del Kevlar
Il Kevlar è utilizzato per la realizzazione di materiali compositi ad alte prestazioni, laddove sono necessarie caratteristiche come leggerezza, rigidità, resistenza agli urti e all’usura.
Utilizzabile come rinforzo ai materiali di base come l’Onyx, Onyx FR e il Nylon bianco, permette di creare parti estremamente versatili.
Le sue principali applicazioni rientrano nei settori più svariati. Ecco gli utilizzi più noti:
- giubbotti antiproiettile
- capi antinfortunistici
- elemento strutturale nel telaio o nella carrozzeria di auto o moto
- cinghie di distribuzione
- tubazioni dei freni a disco
- funi
- Rinforzi nell’abbigliamento tecnico per motociclisti
- gomme di auto e biciclette
- cavi di fibra ottica
Le caratteristiche del Kevlar
Il Kevlar non mostra segni di deterioramento, né subisce alcun danno anche in ambienti a basse temperature (-196°C) e con radiazioni di elettroni.
Filamento di Kevlar Markforged
Guarda il video: parti in ABS (blu), PLA (rosso) e Onyx rinforzato con Kevlar (nero) colpite con un martello
Guarda il video in slow motion: le fibre Kevlar messe alla prova, minuto 2:00 (Science Channel, 2017).
Altre proprietà del Kevlar
- basso allungamento
- alto carico di rottura
- rapporto carico di rottura/peso molto alto
- eccellente resistenza alla fatica
- buone prestazioni su un ampio intervallo di temperature
- non si scioglie; si decompone a 427°C – 482°C
- basso creep
- nessun ritiro
- buona stabilità chimica
- alta resistenza all’abrasione
- debole forza di compressione in direzione trasversale
Resistenza all’impatto
Il Kevlar è 8 volte più resistente dell’ABS pur essendo il 15-20% più leggero delle fibre di vetro e carbonio.
Resistenza alla flessione
Nella flessione a 3 punti, il Kevlar stampato in 3D è 3 volte più forte dell’ABS e 6 volte di più del nylon.
Rigidezza alla flessione
Il kevlar stampato in 3D è 12 volte più rigido dell’ABS e 30 volte in più rispetto al nylon.
I materiali compositi nella stampa 3D sfruttano la forza di compressione della matrice in plastica e il carico di rottura delle fibre integrate.
Se combinate, lavorano in sinergia per formare un composito più forte sia nella compressione che nella tensione.
Adesso, vediamo insieme la fibra di carbonio.
Fibra di carbonio
Filamento di fibra di carbonio
La fibra di carbonio è composta da atomi di carbonio organizzati in una struttura cristallina. Presenta uno dei più elevati rapporti resistenza/peso, migliore persino di acciaio e titanio.
Le applicazioni della fibra di carbonio
La fibra di carbonio può essere utilizzata per un’ampia varietà di applicazioni, nei settori aerospaziale, automotive, architettura, costruzione, beni di consumo, medico, energia, difesa, elettronica e macchinari industriali, tra cui:
- Robotica
- Effettori finali, pinze e ganasce
- Apparecchiature di ispezione, maschere di saldature e apparecchiature CMM
- Biciclette e componenti
- Applicazioni nel settore del motorsport
Le proprietà della fibra di carbonio
Rapporto resistenza/peso
Rispetto all’alluminio 6061, la fibra di carbonio stampata in 3D ha un rapporto resistenza/peso più alto del 50% in flessione e del 300% in tensione.
Resistenza alla flessione
Nella flessione a 3 punti, la nostra fibra in carbonio stampata in 3D è 8 volte più forte dell’ABS e 20% più forte della performance dell’alluminio.
Rigidità a flessione
Il filamento in fibra di carbonio stampato in 3D è 25 volte più rigido dell’ABS e due volte più rigido della fibra di vetro, del Kevlar e della fibra di vetro per alte temperature.
ricercato.
Altre proprietà della fibra di carbonio
- ha lo stesso limite di snervamento dell’alluminio 6061
- inizia a cedere allo stesso livello di sollecitazione in cui l’alluminio inizia a deformarsi
- ritorna alla sua forma originale dopo la rimozione del carico mentre l’alluminio rimane deformato
- è conduttivo
- è resistente alla corrosione e al calore
Link: Per fare un esempio concreto, il peso supportato di 22.200 pounds (10.070 kg ca.) equivale a sollevare 3 Ford F150.
Le proprietà incredibili della fibra di carbonio vengono sfruttate in sostituzione al metallo per applicazioni dove il risparmio di peso è fondamentale.
Robustezza, leggerezza e rigidità delle parti
La fibra di carbonio e il Kevlar, insieme alla fibra di vetro e alla fibra di vetro per alte temperature, vengono impiegati come rinforzi ai materiali di base Nylon o Onyx nelle stampanti 3D di Markforged, che puntano sull’utilizzo di materiali innovativi e performanti per liberare il potenziale della produzione additiva.
Potrai sviluppare parti sicure, forti, rigide, leggere, resistenti all’ambiente e alle condizioni di caricamento e, grazie al processo CFF (Continuous Filament Fabrication), di cui Markforged detiene il brevetto, potrai aggiungere fibra continua dov’è richiesta una maggiore resistenza meccanica.
Adatte per l’ufficio Tecnico, R&D e reparti produttivi industriali, la serie Desktop e la serie Industrial delle stampanti 3D Markforged soddisfano anche le necessità delle aziende medio piccole.
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