Vật liệu composite có 2 loại cốt gia cường chủ yếu là SỢI THỦY TINH và SỢI CARBON (Glass and carbon fiber composite). Chúng có nhiều ưu điểm về độ dai bền, độ cứng, nên các kỹ sư đã tìm cách pha chế sợi thủy tinh hoặc carbon vào nhựa in 3D truyền thống (nền nhựa ABS PLA). Với sản phẩm gia công bằng kỹ thuật tạo mẫu 3D, chúng ta có:

  • Chuẩn kích thước hình học
  • Có thể tối ưu thiết kế tùy ý
  • Giảm khối lượng
  • Hợp nhất các chi tiết lắp ghép thành một khối
  • Kiểm tra tính khả thi trước khi đúc ép nhựa
  • Có thể thay thế một số chi tiết bằng kim loại

Vật liệu composite thường được tạo hình bằng các phương pháp thủ công hoặc tự động hóa một phần. Với kỹ thuật in3D, chúng ta có thể “đúc” ra những vật thể/chi tiết cơ khí có độ bền mà chi phí và thời gian được tinh giảm. Xem video chế tạo mẫu composite thủy tinh

Mẫu sản phẩm được in 3D bằng chất liệu nhựa pha filber carbon

Ảnh: 3dprintingindustry.com

 

Vậy, khi in 3D, vật liệu gia cường sợi thủy tinh hoặc carbon tốt hơn?

Một cách tổng quát, cả 2 loại nhựa in 3D composite thủy tinh và carbon đều có những tính chất cơ kỹ thuật tương đối giống nhau. Sự khác biệt đến từ vài yếu tố sau đây:

  • Chất liệu nền polymer là gì? (ABS, nylon, polycarbonate)
  • Chất liệu nền kiểu phối trộn (ABS + polycarbonate)
  • Độ dài của sợi thủy tinh/carbon: nghiền mịn, dài hoặc hỗn tạp
  • Phần trăm lượng filber pha vào
  • Thông số tinh chỉnh trên phần mềm điều khiển máy in 3D
  • Chất lượng cơ khí của các chi tiết máy in 3D

Chúng tôi tạm đưa ra bảng thống kê như sau để giúp bạn có cái nhìn đầy đủ hơn giữa 2 chất liệu in 3D Glass và carbon:

Yêu cầuLựa chọn
Gía cả phải chăngGlass fiber
Độ bền kéoCarbon fiber
Độ cứngCarbon fiber
Tuổi thọ caoGlass fiber
Độ dẻoGlass fiber
Trọng lượng nhẹCarbon fiber
Khả năng chịu nhiệtCả 2
Kháng chịu ăn mòn hóa họcCả 2
Độ bền mỏiCarbon fiber
Kháng chịu tia UVCả 2
Khả năng chống tĩnh điệnCarbon fiber
Tiềm năng về dẫn điệnCarbon fiber
Cho phép vi sóng xuyên quaGlass fiber
Pha trộn đa màu sắcGlass fiber

Từ bảng phân loại độ tiềm năng ứng dụng của 2 loại chất liệu composite sợi thủy tinh và carbon. Ta có thể thấy giữa chúng chỉ có đôi chút khác biệt. Để hiểu sâu hơn về sự khác biệt này, mời bạn xem tiếp cách mà các loại vật liệu này được tạo ra.

Sợi thủy tinh và carbon được chế tạo như thế nào?

Sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh bắt đầu được sản xuất thương mại hóa vào năm 1936. Phát minh ra vật liệu ưu việt này là chìa khóa để tạo nên rất nhiều sản phẩm có độ cứng, bền, và nhẹ.

Sợi thủy tinh được làm bằng cách nấu chảy silica để loại bỏ tạp chất. Thủy tinh ở dạng lỏng sau đó được đùn qua một tấm kim loại được nung nóng, trên đó có các lỗ nhỏ – được gọi là ống lót. Trong khi các dây thủy tinh được làm mát từ khoảng 1.200 ° C với nước và không khí, chúng được kéo dài thành các sợi mỏng rồi được quấn thành các cuộn thủy tinh.

Sợi carbon

Quá trình sản xuất sợi carbon diễn ra ở cấp độ phân tử. Mặc dù có giá thành đắt đỏ, nhưng độ cứng và tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tuyệt vời của nó đã khiến sợi carbon trở thành phụ gia tổng hợp được lựa chọn cho các ứng dụng ô tô và hàng không vũ trụ hạng nhẹ.

Bắt đầu với polyacrylonitril lỏng, hỗn hợp xơ của các nguyên tử carbon sau đó được oxy hóa ở khoảng 300 ° C để ngăn chặn các sợi tan chảy với nhau. Sau đó, nó được cacbon hóa trong lò yếm khí ở nhiệt độ lên tới 1.000 ° C. Quá trình này làm cho các nguyên tử hợp nhất và sau đó bài xuất bất kỳ tạp chất nào bị lẫn vào, tạo ra các nguyên tử carbon tinh khiết trong các chuỗi rất cứng.

Sau đó, các sợi sợi carbon đi qua bể xử lý bề mặt để khắc bề mặt của carbon. Điều này làm cho dây carbon trở nên đàn hồi hơn và có khả năng bám dính tốt hơn với hóa chất phủ.

Cách thức pha trộn “sợi” thủy tinh và carbon vào sợi nhựa in 3D

Sợi nhựa in 3D là nguồn nguyên liệu dùng cho máy in 3D FDM giá rẻ hiện nay. Chúng sẽ đi qua đầu phun thông qua quá trình nung chảy ở tầm nhiêu 180-260 độ C. Đầu phun có đường kính từ 0.35-1mm.

Do kích cỡ đầu phun có hạn, người ta không thể pha nguyên các sợi filber rất dài vào chung với nền nhựa được. Thay vào đó, các nhà sản xuất nhựa in 3D sẽ “cắt” ngắn các sợi này thành kích thước phù hợp. Như thế nào là phù hợp?

Kích thước “chuẩn” của sợi thủy tinh/carbon là 7mm, ở trạng thái này, tính chất của chúng vẫn còn giữ nguyên trạng. Khi pha vào nhựa in 3D, các sợi này sẽ tạo ra hiệu ứng tương tự như “dệt vải”, chúng đan vào nhau tạo nên vật liệu có độ dai bền rất cao.

Một số nhà sản xuất muốn đơn giản hóa công đoạn pha trộn này, qua đó giảm giá thành cuộn nhựa máy in 3D. Ở đây, họ nghiền mịn, biến “sợi” thành bột. Ở cấp độ tế vi, các sợi ngắn này vẫn tạo nên kết cấu vững chãi cho mẫu in 3D. Nhưng thay vì tính chất “CỨNG, DAI, BỀN” thì nó chỉ còn “BỀN và CỨNG”

nhua in 3D composite carbon

Đây là ảnh chụp thực tế sản phẩm nhựa in 3D CARBON tại shop 3DPLUS.vn . Ở góc nhìn và chế độ zoom lớn 5 lần, Bạn có thể thấy các sợi carbon 0,3-0.7mm nằm rải rác ẩn dưới sợi nhựa 1.75mm. 

Mở rộng ứng dụng của vật liệu composite

Trong nhiều trường hợp, không nhất thiết phải sử dụng bằng được chất liệu nhựa in 3D pha thủy tinh hoặc carbon. Chẳng hạn các mô hình có kích thước lớn, chúng ta có thể in 3D với nhựa thông thường rồi gia cường bằng các chất liệu composite. Ví dụ sản phẩm mà 3DPLUS mới thực hiện xong, đây là sản phẩm dùng decor trang trí nội thất: https://in3dplus.com/project/in-3d-quay-tiep-tan-dai-3-met/

Nhiều sản phẩm kích thước lớn đã và đang sử dụng chất liệu composite, có thể kể ra như: tàu thuyền, vỏ xe, đồ chơi xe máy… Chúng được chế tác bằng cách ốp phủ những lớp vải thủy tinh/carbon lên những mẫu khuôn có sẵn. Bạn có thể ứng dụng kỹ thuật in 3D vào việc gia công phần khuôn này!

3DPLUS đang là nhà cung cấp vật liệu mực in 3D hàng đầu Việt Nam. Chúng tôi chỉ sử dụng và phân phối dòng nhựa có thành phần hóa chất và độ tin cậy cao nhất, mời bạn tìm mua các cuộn sợi nhựa in 3D chất lượng cao tại : https://in3dplus.com/danh-muc/muc-in-3d/nhua-in-3d/