Von einer Glühbirne bis zu Weltraumraketen, Carbon Fiber Filamente erobern und ersetzen Stahl- und Metallteile in verschiedenen Industrien. Warum? Nun, Carbonfaser ist fünfmal stärker als Stahl und gleichzeitig leichter. Diese Eigenschaften machen Carbonfaser geeignet für Anwendungen, die auf die Eigenschaften eines Materials zur Leistungsoptimierung angewiesen sind, was besonders in der Automobil-, Militär-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen ähnlichen Industrien wünschenswert ist.
Was sind Carbon Fiber Filamente?
Carbonfaser wurde erstmals 1860 von Sir Joseph Wilson Swan entdeckt. Später verwendete Thomas Edison cellulosebasierte Carbonfasermaterialien in den ersten Glühbirnen, die durch Elektrizität erhitzt wurden. Ihre hohe Hitzebeständigkeit machte sie zu idealen elektrischen Leitern. Obwohl Carbonfaser seit über 150 Jahren existiert, kamen erst in den späten 1970er Jahren neue Arten von Carbonfaser auf den Weltmarkt. Diese neueren Fasern enthalten mehr als 90% Kohlenstoff und haben erheblich erhöhte Festigkeits-Gewichts- und Steifigkeits-Gewichts-Verhältnisse. Mit Hilfe dieser modernen Fortschritte sowie der Senkung der Herstellungskosten konnten wir das Potenzial des Carbonfasermaterials voll ausschöpfen. Wie die meisten von Ihnen wahrscheinlich bereits wissen, werden Carbonfasern selten allein verwendet. Normalerweise finden wir sie in Kombination mit anderen Materialien, um ein Verbundmaterial herzustellen; Carbonverbundstoffe bestehen normalerweise (neben Carbonfaser) aus Polymer. Mit dieser Kombination erhalten Sie einen stärkeren, aber leichteren Kunststoff mit einem erhöhten Steifigkeitsgrad. 3D-gedruckte
Von einer Glühbirne bis zu Weltraumraketen, Carbon Fiber Filamente erobern und ersetzen Stahl- und Metallteile in verschiedenen Industrien. Warum? Nun, Carbonfaser ist fünfmal stärker als Stahl und gleichzeitig leichter. Diese Eigenschaften machen Carbonfaser geeignet für Anwendungen, die auf die Eigenschaften eines Materials zur Leistungsoptimierung angewiesen sind, was besonders in der Automobil-, Militär-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen ähnlichen Industrien wünschenswert ist.
Was sind Carbon Fiber Filamente?
Carbonfaser wurde erstmals 1860 von Sir Joseph Wilson Swan entdeckt. Später verwendete Thomas Edison cellulosebasierte Carbonfasermaterialien in den ersten Glühbirnen, die durch Elektrizität erhitzt wurden. Ihre hohe Hitzebeständigkeit machte sie zu idealen elektrischen Leitern. Obwohl Carbonfaser seit über 150 Jahren existiert, kamen erst in den späten 1970er Jahren neue Arten von Carbonfaser auf den Weltmarkt. Diese neueren Fasern enthalten mehr als 90% Kohlenstoff und haben erheblich erhöhte Festigkeits-Gewichts- und Steifigkeits-Gewichts-Verhältnisse. Mit Hilfe dieser modernen Fortschritte sowie der Senkung der Herstellungskosten konnten wir das Potenzial des Carbonfasermaterials voll ausschöpfen. Wie die meisten von Ihnen wahrscheinlich bereits wissen, werden Carbonfasern selten allein verwendet. Normalerweise finden wir sie in Kombination mit anderen Materialien, um ein Verbundmaterial herzustellen; Carbonverbundstoffe bestehen normalerweise (neben Carbonfaser) aus Polymer. Mit dieser Kombination erhalten Sie einen stärkeren, aber leichteren Kunststoff mit einem erhöhten Steifigkeitsgrad. 3D-gedruckte Modelle, die aus Carbonfaserfilamenten hergestellt werden, können verwendet werden, um viele Produkte wie Propellerblätter, Fahrradrahmen, Flugzeugflügel, Autokomponenten usw. zu erstellen. Carbonfaserfilament besteht aus Carbonfasern, die mit einem Thermoplast gemischt werden, das als Basismaterial bezeichnet wird. Es gibt viele verschiedene Filamente, die mit Carbonfaserteilen gekauft werden können, einschließlich PETG, PLA, ABS und Nylon Filament.
Diese Fasern allein sind extrem stark, und wenn wir sie mit dem Basismaterial mischen, erhöhen wir die Steifigkeit und Festigkeit des Filaments und reduzieren gleichzeitig sein Gesamtgewicht. Die Druckparameter des 3D-Druckers für Carbon Fiber Filamente sollten denen des Basismaterials ähneln, dem die Carbonfasern hinzugefügt wurden. Da Carbonfaserfilamente abrasiv sind und die Düsen des 3D-Druckers verstopfen können, empfehlen wir die Verwendung einer härteten Stahldüse. Leider kann nicht jeder 3D-Drucker mit Carbonfaserfilament drucken, da dieses Material eine hohe Extrusionstemperatur (mindestens 230º C) erfordert und seine abrasive Natur Messingdüsen beschädigen kann (deshalb empfehlen wir die Stahldüse).
Wenn Sie einen FDM-Drucker wie Ender 3 V3 SE haben, machen Sie sich keine Sorgen, mit den richtigen Ender 3 Upgrades können Sie von Nylon Carbon Fiber Filament bis zu Flexible Filament drucken. Sie müssen nur den Micro Swiss Direct Drive Extruder installieren und eine Stahldüse verwenden. Einige Unternehmen haben Carbonfaserfilamente in eine noch technischere Richtung entwickelt. Die Basismaterialien solcher Filamente sind Hochleistungspolymere (HPPs) wie PEEK. Carbon PEEK ist ein Material mit außergewöhnlichen Eigenschaften in Bezug auf thermische, mechanische und chemische Beständigkeit. Dieses Filament wird in sehr spezifischen Bereichen verwendet, in denen eine weitere Steigerung der mechanischen Leistung für eine außergewöhnliche Leistung erforderlich ist.
Vorteile:
- Gute Maßhaltigkeit – Die Zugfestigkeit des Filaments trägt zu einer größeren Maßhaltigkeit bei und hilft, Verformungen während des 3D-Drucks und Schrumpfungen zu vermeiden.
- Steifigkeit – Normalerweise haben Polymere, die hohe Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen, keine Steifigkeit. Carbonfaser hat dieses Problem nicht, da sie in der Lage ist, ihre Form unter hoher Belastung beizubehalten. Diese Eigenschaft ist in der Automobilindustrie (als Automobilhalterungen oder Inspektionslehren) sehr erwünscht und wird dort verwendet.
- Insgesamt schöne Oberflächenbeschaffenheit – Carbonfaserfilamente haben eine schöne matte Oberfläche. Eine extrem glatte Oberflächenbeschaffenheit ermöglicht die Druckbarkeit funktionaler Prototypen.
- Festigkeit und Leichtigkeit – Eine beeindruckende Zugfestigkeit und Leichtigkeit machen Carbonfasern ideal als Alternative zu Metallteilen. Die geringe Dichte ist der Grund, warum sie so leicht sind. Diese Eigenschaften sind besonders in der Robotikindustrie gefragt.
- Wärmeverformung – Wenn sie Hitze ausgesetzt sind, können sich andere Materialien unter Druck oder hoher Temperatur verformen. Carbon Fiber PAHT Filament bietet eine hohe Hitzebeständigkeit (bis zu 160 Grad Celsius). Carbon Fiber PET kann ebenfalls höheren Temperaturen bis zu 125 Grad Celsius standhalten. Gleichzeitig ist es sehr einfach, dieses Filament zu drucken.
- Da es außergewöhnliche mechanische Eigenschaften hat, kann es für verschiedene Vorrichtungen, Werkzeuge, Verbundformen für verschiedene Herstellungsprozesse oder zur Selbstnutzung verwendet werden.
Nachteile:
- Abrasives Filament, das Messingdüsen abnutzt. Wir empfehlen die Verwendung einer Stahldüse. Carbonfaserteile schmelzen nicht, also achten Sie darauf, dass die Düse nicht verstopft. Sie müssen die richtige Düse wählen.
- Hygroskopizität – die Tendenz, Feuchtigkeit aufzunehmen. Es ist sehr wichtig, eine geschützte Umgebung für Spulen aus Nylon-Carbonfaser zu haben, wie z.B. eine Mylar-Tasche und ein versiegeltes Materialfach.
- Teuer: Aufgrund der anspruchsvollen Herstellungsprozesse von Carbonfaser ist das Material bekanntermaßen teurer als andere Filamente wie PLA oder ABS. Dies ist einer der Gründe, warum es in High-End-Produkten, aber nicht im Massenmarkt erscheint.
- Spröde: Die Kombination aus Polymer und Carbonfaser erhöht die Sprödigkeit des Materials. Der Nachteil der hohen Steifigkeit ist, dass Carbonfaser bei hoher Aufprallkraft oder Druck zerbrechen kann. Das bedeutet, dass Projekte oder Gegenstände, die solchen Kräften ausgesetzt sind, nicht ideal für Carbonfaser sind.
Wo kann man Carbonfaser verwenden?
- Wir sehen, dass Carbonfaser von Hochleistungs-Rennteams in Formel 1 verwendet wird.
- Luft- und Raumfahrt-Entwicklungen haben gezeigt, dass Carbonfaser ein fantastisches Material zur Verstärkung von Flügeln und Rümpfen von Flugzeugen ist und sogar für die nächste Generation von Raketen getestet wird. Das geringe Gewicht von Flügeln und Rümpfen bedeutet, dass mehr Treibstoff mitgeführt werden kann und längere Reichweiten erreicht werden können.
- In vielen Sportdisziplinen wie Radfahren und Golf sind Geschwindigkeit und Gewicht sehr wichtig, weshalb Unternehmen versucht haben, Verbundwerkstoffe aus Carbonfaser zu verwenden, um einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen.
- Fabriken und andere Fertigungseinrichtungen, die Roboter einsetzen, beginnen, Carbonfaser zu verwenden, um Werkzeuge herzustellen, die einer hohen Kraft standhalten können, während sie das minimale Gewichtskapazität des Roboterarms beanspruchen. Es kann für verschiedene Vorrichtungen, Werkzeuge, Verbundformen für verschiedene Fertigungsprozesse oder sogar für den Eigengebrauch verwendet werden.
AzureFilm Carbon Fiber PAHT Filament
AzureFilm Carbon Fiber PAHT Filament ist eines der beliebtesten und am einfachsten zu druckenden Polyamide (PA6) mit Carbonfasern. Der Grund dafür ist, dass dieses Material zäh ist, eine hervorragende Abriebfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, gute chemische Beständigkeit, hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweist, da Nylonfilament selbst bereits die gewünschten Eigenschaften besitzt. Die meisten Hersteller wählen gemahlene Fasern, da sie billiger und einfacher zu verwenden sind. AzureFilm hingegen verwendet gehackte Fasern, was bedeutet, dass die Zugfestigkeit höher ist, weil die Fasern größer sind und das Produkt besser bindet. Neben einer hervorragenden Zug- und Schlagfestigkeit ermöglicht Carbonfaser PAHT Filament eine kurze kontinuierliche Nutzung bis zu 160°C (Lebensdauer max. 200h). Dieses Filament ist vollständig kompatibel mit löslichen Stützen wie PVA, BVOH, PVOH und vollständig kompatibel mit abreißbaren Stützen wie HIPS. Seine Wasseraufnahme dauert etwa 4-mal länger, um den Sättigungspunkt zu erreichen, verglichen mit unmodifiziertem PA6, und es hat einen Sättigungspunkt, der 5-mal niedriger ist als bei herkömmlichen PA6-Materialien. Die Dicke der Fasern im Inneren reicht von 0,4 mm bis 0,6 mm, weshalb wir empfehlen, eine Düse mit einem Durchmesser von > 0,6 mm zu verwenden.
Anforderungen für die Arbeit mit Carbon Fiber PAHT Filament:
- Beheiztes Druckbett
- Gehärtete Düse – Aufgrund seiner abrasiven Struktur wird das Filament die Standard-Messingdüse über einen kurzen Zeitraum abnutzen. Eine abriebfeste Düse ist für diese Art von Filament erforderlich. Da diese Düsentypen tendenziell weniger leitfähig sind als Standarddüsen, werden normalerweise höhere Extrudertemperaturen empfohlen.
- Beheizte Filamentkammer (optional) – Das Filament die ganze Zeit an einem trockenen Ort mit Arbeitstemperatur zu haben, ist eine optionale Sache, um eine konstant kontrollierte Umgebung für die beste Produktqualität zu gewährleisten.
- Geschlossene Umgebung (optional) – Die Sicherstellung einer konstant kontrollierten Umgebung ist ein sehr wichtiger Faktor, der eine bessere Endklasse-Qualität des Produkts ermöglicht, obwohl dieses Filament die Fähigkeit hat, auf nicht beheizten Kammermaschinen 3D-gedruckt zu werden.
Druckempfehlungen:
AzureFilm Carbon Fiber PET Filament
Die andere Option, die AzureFilm für Sie vorbereitet hat, ist Carbon Fiber PET Filament. Dieses Material ist das am einfachsten zu druckende Filament mit Kohlefasern. Unser PET CF hat eine gehackte Kohlefaser-verstärkte Struktur, die seine Schlagzähigkeit erheblich erhöht. Dieses gehackte Kohlefaser-Verbundmaterial treibt bestehende Bemühungen und Grenzen der Forschung an einem technischen 3D-Druckfilament zu neuen Grenzen. Das Filament hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften ohne Verzug, einschließlich extrem hoher Z-Schicht-Festigkeit und geringer Wasseraufnahme. Unser Carbon Fiber PET Filament ist mit 15% Kohlefaser gefüllt und hat eine kurzfristige (max. 3 Stunden) maximale Temperatur von bis zu 125°C. Es kann problemlos bei 100°C für 10 Stunden oder mehr aushalten. Die Dicke der Fasern im Inneren reicht von 0,4 mm bis 0,6 mm, weshalb der Düsendurchmesser 0,6 mm betragen muss. Faserverstärkte Materialien bieten außergewöhnliche mechanische Eigenschaften. Zusätzlich zu den typischen Faktoren wie Faseranteil und Faserorientierung haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Druckparameter wie Düsentyp und -geschwindigkeit, Fülldichte, Schichtdicke, Betttemperaturen und Füllmuster die mechanischen Eigenschaften beeinflussen.
Bedeutende Vorteile des AzureFilm Carbon Fiber PET Filaments:
- Kosteneffektiv – Da wir gehackte Kohlefasern verwenden, gibt es eine signifikante Reduktion der Produktionslänge, was es uns ermöglicht, unser Material kostengünstig für jeden Kunden zu machen
- Höhere Temperaturbeständigkeit bis zu 125°C
- Mehr Maßstabilität – Gehackte Kohlefasern sind extrem stark und verleihen nicht nur hohe Festigkeit und Steifigkeit, sondern helfen auch, das Schrumpfen zu verhindern, wenn das Teil in der Abkühlphase ist
Anforderungen für die Arbeit mit Carbon Fiber PET Filament:
- Beheiztes Druckbett
- Gehärtete Düse – Aufgrund seiner abrasiven Struktur wird das Filament die Standard-Messingdüse über einen kurzen Zeitraum abnutzen. Eine abriebfeste Düse ist für diesen Filamenttyp erforderlich. Da diese Düsentypen tendenziell weniger
- leitfähig als Standarddüsen sind, empfehlen wir, mit einem Extruder für höhere Temperaturen zu drucken. Mit der Stahldüse können Sie Carbon Fiber PET Filament sogar auf einem Drucker wie dem Ender 3 drucken. Sie benötigen lediglich eine Düse, die nicht verstopft (0,6 mm) und höheren Temperaturen standhalten kann.
- Beheizte Filamentkammer (optional) – Das Filament die ganze Zeit an einem trockenen Ort zu haben, ist eine optionale Sache, um eine konstant kontrollierte Umgebung für die beste Produktqualität zu gewährleisten
- Wir empfehlen die Verwendung eines geschlossenen Druckers, der eine stabilere Umgebung gewährleistet, aber es ist nicht notwendig.
Druckempfehlungen:
- Düsentemperatur: 245 – 270°C
- Beheiztes Bett: empfohlen 80-90°C
- Druckgeschwindigkeit: 40 – 60 mm/s
- Schichthöhe: 0,2 mm
- Düsendurchmesser: 0,6 mm
- Bauplattform: Blue tape, Kapton tape, glass plate
