Materiali compositi 3DEXPERIENCE Make

Composito

Scoprite cos'è il Composito, un materiale di produzione, e il suo utilizzo nell'industria.

Introduzione al composito

I materiali compositi sono una scelta migliore rispetto ad alcuni materiali tradizionali per le loro caratteristiche di resistenza, leggerezza e convenienza. Il composito è un materiale creato con due o più materiali costitutivi. Essi presentano proprietà fisiche e chimiche molto diverse. Quando vengono combinati, offrono caratteristiche diverse da ciascun componente.

Gli scienziati classificano i due materiali costituenti in due categorie: la matrice (legante) e il rinforzo. Un materiale composito richiede sia una matrice che un rinforzo. La matrice serve a sostenere il materiale di rinforzo, circondandolo per mantenerne la posizione relativa. Il rinforzo dipende dalle sue proprietà meccaniche e fisiche uniche per rafforzare le proprietà della matrice. In questo modo si crea una sinergia potenziata che altrimenti non esisterebbe nei singoli materiali costituenti. Inoltre, consente ai progettisti di ottimizzare la combinazione del composito.

I materiali compositi fibrorinforzati sono diventati prevalenti nei prodotti ad alte prestazioni per le loro proprietà di leggerezza e resistenza, nonostante il costo generalmente elevato. Sono in grado di sopportare le condizioni di carico più severe in vari articoli. L'industria li utilizza nei componenti aerospaziali, negli scafi di barche e scafi, nei telai di biciclette o nelle carrozzerie di auto da corsa. Anche le canne da pesca, i serbatoi di stoccaggio, i pannelli delle piscine e le mazze da baseball possono contenerli. La struttura del nuovo Boeing 787, che comprende le ali e la fusoliera, è in gran parte composta da compositi. Allo stesso modo, stanno guadagnando popolarità nel mondo della chirurgia ortopedica.

Materiali compositi generici

Compensato

Il termine "compensato" affonda le sue radici nei sottili strati detti "strati" di impiallacciatura di legno incollati tra loro. I fogli di compensato sono incollati con le venature del legno ruotate fino a 90 gradi l'una rispetto all'altra per ottenere proprietà di rinforzo. Il compensato viene classificato come legno ingegnerizzato nella famiglia dei pannelli fabbricati e comprende i pannelli di fibra a media densità (MDF) e i pannelli di particelle (truciolari). I due componenti compositi del compensato sono fogli di resina e fibra di legno, costituiti da cellule di cellulosa lunghe, robuste e sottili.

La venatura incrociata, che alterna le venature, riduce la tendenza del legno a spaccarsi quando viene inchiodato sui bordi e riduce l'espansione e il ritiro per migliorare la stabilità dimensionale. Inoltre, garantisce una resistenza più uniforme in tutte le direzioni del pannello. Per ridurre al minimo la deformazione, in genere è presente un numero dispari di strati per favorire l'equilibrio. L'incrocio di un numero dispari di compositi rafforza anche la resistenza del legno, in modo da rendere difficile la piegatura perpendicolare alla direzione della venatura dello strato superficiale.


La fibra di vetro

La fibra di vetro è un tipo comune di plastica fibrorinforzata (FRP) rinforzata con fibre di vetro. Le fibre di vetro sono incorporate nel materiale disponendole sporadicamente, comprimendole in un foglio piatto o intrecciandole in un tessuto. La matrice plastica è un polimero termoindurente (resina epossidica, poliestere o vinilestere) o un termoplastico. La fibra di vetro è un'alternativa più economica e flessibile della fibra di carbonio. Allo stesso modo, è più resistente di molti metalli e può essere modellata in forme complesse.

Un ampio spettro di applicazioni utilizza la vetroresina per aerei, automobili, vasche da bagno e involucri, imbarcazioni, calchi, rivestimenti, rivestimenti di porte esterne, vasche idromassaggio, tubi, coperture, vasche settiche, tavole da surf, piscine e serbatoi d'acqua. La fibra di vetro è talvolta chiamata plastica rinforzata con vetro (GRP), plastica rinforzata con fibra di vetro (GFRP) o GFK (dal tedesco: Glasfaserverstärkter Kunststoff). Una distinzione importante da fare è tra fibra di vetro e plastica rinforzata con fibre, perché a volte le fibre di vetro stesse possono essere chiamate "fibra di vetro".

Fibra di carbonio

La fibra di carbonio è una plastica fibrorinforzata estremamente resistente e leggera, composta da fibre di carbonio. Pur essendo tendenzialmente costosa, viene generalmente utilizzata in settori che richiedono un elevato rapporto resistenza/peso e rigidità, come quello aerospaziale, automobilistico, dell'ingegneria civile e degli articoli sportivi. Sempre più spesso la loro applicazione si sta diffondendo in varie applicazioni tecniche e di consumo. Il legante della fibra di carbonio è generalmente una resina termoindurente come l'epossidica, ma può anche essere costituito da polimeri termoplastici come il poliestere, l'estere di vinile o il nylon.

Il composito può contenere anche altre fibre come quelle aramidiche (Kevlar, Twaron), alluminio, polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE), fibre di vetro e fibre di carbonio. La fibra di carbonio è talvolta chiamata polimero rinforzato con grafite o polimero rinforzato con fibra di grafite. Altri nomi comuni includono plastica rinforzata con fibra di carbonio o termoplastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP, CRP, CFRTP) o spesso chiamata fibra di carbonio, composito di carbonio o anche carbonio.
 

Materiali compositi per i processi di stampa 3D

Alcuni produttori di stampanti 3D tendono a sviluppare materiali compositi con marchi specifici.

Il materiale Alumide è una miscela di poliammide e una quantità molto bassa di polvere di alluminio grigio. La sinterizzazione laser è la tecnica utilizzata per creare modelli complessi, concettuali, funzionali o di serie, forti e relativamente rigidi. I modelli realizzati in allumina possono anche assorbire piccoli urti e resistere a una certa pressione in condizioni di flessione. È ideale per i progettisti alle prime armi che cercano economicità, massima libertà di progettazione e maggiori capacità di stampa. Inoltre, offre una rigidità maggiore di quella che avrebbe la poliammide da sola ed è caratterizzata da un aspetto di alluminio. La superficie è leggermente porosa con un aspetto sabbioso e granulare e può essere rifinita nel suo stato naturale grigio opaco o tinta con vari colori.

Il nylon fibrorinforzato consente di stampare in 3D parti di ingegneria resistenti come l'alluminio al costo della plastica. È stato progettato specificamente con la forza dell'alluminio e ha un rapporto resistenza-peso superiore a quello dell'alluminio 6061-T6, pur essendo fino a 27 volte più rigido e 24 volte più resistente dell'ABS. Il nylon fibrorinforzato consente agli utenti di ottimizzare le parti stampate per uso finale, in particolare prototipi funzionali, test, parti strutturali, maschere, attrezzature e utensili, concentrandosi su forza, rigidità, resistenza al peso e alla temperatura. Non è adatta a pezzi piccoli con disegni intricati.

La pietra arenaria a colori produce modelli e sculture fotorealistici a colori ed è particolarmente adatta per modelli architettonici, sculture realistiche, articoli da regalo e memorabilia e belle arti. È composta essenzialmente da gesso e incorpora una texture colorata sulla superficie. La fragilità del materiale ne limita l'applicazione come pezzi funzionali o dal design complesso. Questo materiale in arenaria è talvolta chiamato multicolore.

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