Guide till Markforgeds komposit- och fibermaterial

Filamentrullar med olika Markforged-material.

Markforgeds materialutbud för kompositskrivarna i desktop- och industrial-serien består av två typer av fiber – kontinuerlig och hackad. Kompositmaterialen innehåller hackade fiber, till exempel kolfiber, som är kortare än en millimeter. Enkelt uttryckt kan man säga att de är blandade med en nylonbaserad plast och det slutliga formatet är filament. Detta filament extruderas i en process som till stor del påminner om FDM-printning.

Med hackade fiber som tillsats går det att påverka de mekaniska egenskaperna i de komponenter som printas. Det kan till exempel vara förbättrad draghållfasthet eller sträckgräns. Tekniskt är dessa material med tillsatser inte kompositer, utan snarare fyllda plaster.

Kontinuerlig fiber kan vara glasfiber, kolfiber eller kevlar. Den kontinuerliga fibern bidrar till att ge en 3d-printad komponent samma styrka som metall. Det ger en elasticitetsmodul på 16-46 gånger högre än vanligt förekommande plaster. Med kontinuerlig kolfiberförstärkning i en printad del går det att komma upp i samma nivåer som för aluminium, 60 respektive 69 GPa. Till skillnad från hackad kolfiber löper den kontinuerliga fibern genom en del och distribuerar därför belastningen i tre dimensioner.

På grund av de distinkta egenskaperna går det inte att printa kontinuerlig fiber i en FDM-process. Istället placeras kontinuerliga fibertrådar ur ett andra munstycke i skrivaren. När detta sker smälter en tunn plastyta runt fibern så att fibern fäster mot själva byggmaterialet – det kompositmaterial som används för att bygga upp komponenten lager för lager. Hela processen är unik för Markforgeds skrivare och kallas för Continuous Fiber Fabrication, eller CFF.

Så, hur vet 3d-skrivaren var den ska applicera kontinuerlig fiber? Alla parametrar definieras i Markforgeds programvara Eiger. När du som användare angett vilka lager som ska fiberförstärkas, hur mycket fiber som ska användas, och i vilket mönster, instruerar programvaran 3d-printern att placera särskilda lager under och över de områden med kontinuerlig fiber. Den ger även instruktioner om när skrivaren ska skifta mellan komposit och kontinuerlig fiber.

Möjligheten att integrera användardefinierade fibermönster, lager för lager, är det som gör tillverkningsmetoden unik. Kompositmaterial är i sig inget nytt, men med kontinuerlig fiber är det enklare än någonsin att tillverka funktionella plastkomponenter med samma mekaniska egenskaper som metalldelar.

Vilka material går att printa i Markforgeds skrivare?

Markforged har tre grundläggande plastmaterial och fyra fibermaterial i sin portfölj. Plastmaterialen är Nylon, Onyx och Onyx FR (Flame Retardant). Fibermaterialen är glasfiber, kolfiber, kevlar och HSHT-glasfiber (High Strength High Temperature). Det ger femton olika kombinationer. Det går alltså att skräddarsy vilka egenskaper man vill ha i sin 3d-utskrift.
Är du ute efter maximal styrka och flamsäkerhet? Använd Onyx FR och kolfiberförstärkning. Behöver du en del som tåler upprepad belastning och en snygg, vit finish? Testa nylon och kevlar. Eller kanske en kostnadseffektiv, robust utskrift? Kombinera Onyx och glasfiberförstärkning.

Från byggmaterialet Onyx till fiberförstärkning i glasfiber, kevlar och kolfiber. Totalt erbjuder Markforged femton olika materialkombinationer med sina 3d-skrivare.

Plaster

Nylon White ger utskrifter som är icke-abrasiva och som har en fin ytfinish. Materialet kan förstärkas med alla kontinuerliga fiber och lämpar sig väl för fixturer som inte ska ge tryckmärken eller repor. Materialet kan målas. Är nästan lika starkt somn ABS.

Onyx är standardmaterialet i Markforgeds kompositskrivare. Det är ett nylonbaserat material som innehåller hackad kolfiber. Det ger utskrifter som är 1,4 gånger starkare och styvare än ABS och kan förstärkas med alla kontinuerliga fibrer.

Onyx FR är ett flamssäkert material med samma mekaniska egenskaper som det vanliga Onyx-materialet. Det lämpar sig väl för applikationer som måste vara flamsäkra, men ge hög styrka och minimal vikt.

Fiber

Glasfiber lämpar sig för flera ändamål och är de mest kostnadseffektiva fiberna i Markforgeds portfölj. Det ger utskrifter som är tre gånger starkare och elva gånger styvare än ABS. Lämpar sig väl för funktionella prototyper, gripdon och fixturer.

Kolfiber är arbetshästen bland alla kontinuerliga fiber. Materialet har en elasticitetsmodul som motsvarar aluminium och är 24 gånger styvare än ABS. Om du behöver maximal styrka är detta materialet för dig. Genom att printa med kontinuerlig kolfiber och Onyx går det att i många fall ersätta traditionellt tillverkade delar i aluminium, till exempel inspektionsfixturer, gripdon och slutprodukter som måste kunna utstå hög belastning.

Kevlar är extremt hållbart och stöttåligt. Det kan även utstå högre deformation än övriga fiber. Idealiska applikationer är komponenter som måste utstå repeterande fysisk påverkan, som klämanordningar eller delar för stansning.

HSHT-glasfiber tåler temperaturer på upp till 200 grader celsius. Komponenter förstärkta med HSHT-glasfiber är därför mindre känsliga för deformeringar på grund av värmeutveckling. Lämpar sig väl för svetsfixturer och gjutformar.

Läs mer om Markforgeds desktopskrivare >>

Läs mer om Markforgeds Industrial-serie >>