Carbon Fiber Filamenti: Sve što trebaš znati

Od žarulja do svemirskih raketa, Carbon Fiber filamenti preuzimaju i zamjenjuju čelične i metalne dijelove u raznim industrijama. Zašto? Pa, ugljična vlakna su pet puta jača od čelika i istovremeno lakša. Ove karakteristike čine ugljična vlakna prikladnim za primjene koje ovise o svojstvima materijala kako bi se optimizirala izvedba, što je posebno poželjno u automobilskoj, vojnoj, svemirskoj i drugim sličnim industrijama.

Što su Carbon Fiber filamenti?

Ugljična vlakna prvi put je otkrio Sir Joseph Wilson Swan 1860. godine. Kasnije je Thomas Edison koristio materijal od ugljičnih vlakana na bazi celuloze u prvim žaruljama koje su se grijale električnom strujom. Visoka tolerantnost na toplinu činila ih je idealnim vodičima električne energije. Iako su ugljična vlakna prisutna već više od 150 godina, tek u kasnim 1970-ima nove vrste ugljičnih vlakana ušle su na svjetsko tržište. Ova nova vlakna sadrže više od 90% ugljika i imaju znatno povećane omjere čvrstoće i krutosti u odnosu na težinu. Zahvaljujući tim modernim napretcima, zajedno s padom troškova proizvodnje, bolje smo razumjeli potencijal materijala od ugljičnih vlakana.

Kao što većina vas vjerojatno već zna, ugljična vlakna rijetko se koriste samostalno. Obično ih nalazimo kombinirane s drugim materijalima kako bismo stvorili kompozitni materijal; ugljični kompoziti obično se izrađuju (uz ugljična vlakna) od polimera. S tom kombinacijom dobivate jači, ali lakši plastiku s povećanim stupnjem krutosti.

3D ispisani modeli koji su napravljeni od Carbon Fiber filamenata mogu se koristiti za stvaranje mnogih proizvoda poput propelerskih lopatica, okvira bicikala, krila zrakoplova, komponenata automobila itd.

Carbon Fiber filament sastoji se od ugljičnih vlakana koja su pomiješana s termoplastičnim baznim materijalom. Postoji mnogo različitih filamenata koji se mogu kupiti s dijelovima ugljičnih vlakana, uključujući PETG, PLA, ABS i filamente od najlona. Ova vlakna sama po sebi izuzetno su jaka, i kada ih pomiješate s baznim materijalom, povećavate krutost i čvrstoću filamenata, a istovremeno smanjujete njihovu ukupnu težinu.

Parametri ispisivanja 3D pisača za Carbon Fiber filamente trebali bi biti slični parametrima baznog materijala kojima su dodana ugljična vlakna. Budući da su Carbon Fiber filamenti abrazivni i mogu začepiti mlaznice 3D pisača, preporučujemo upotrebu temeljne čelične mlaznice. Nažalost, ne svaki 3D pisač može ispisivati Carbon Fiber filamente jer ovaj materijal zahtijeva visoku temperaturu ekstruzije (najmanje 230°C) i svojom abrazivnom prirodom može oštetiti mjedene mlaznice (zato smo preporučili čeličnu mlaznicu). Ako imate FDM pisač poput Ender 3 V2, ne brinite, uz prave nadogradnje Ender 3 možete ispisivati Carbon Fiber filamente do fleksibilnih filamenata. Samo trebate instalirati Micro Swiss ekstruder s izravnim pogonom i koristiti čeličnu mlaznicu.

Neki proizvođači razvili su Carbon Fiber filamente u još tehničkom smjeru. Osnovni materijali takvih filamenata su polimeri visokih performansi (HPP) poput PEEK-a. Ugljični PEEK je materijal s izvanrednim karakteristikama u smislu termičke, mehaničke i kemijske otpornosti. Ovaj filament koristi se u vrlo specifičnim područjima gdje je potrebno dodatno povećanje mehaničkih svojstava za izvanredne performanse.

Prednosti

• Dobra dimenzijska stabilnost – čvrstoća na istezanje filamenta doprinosi većoj dimenzijskoj stabilnosti, pomažući izbjegavanju uvijanja tijekom 3D ispisa i skupljanja.
• Krutost – Obično polimeri koji imaju visoku čvrstoću i izdržljivost imaju nedostatak krutosti. Ugljična vlakna nemaju taj problem, budući da imaju sposobnost održavanja oblika pod visokim stresom. Ova karakteristika je vrlo poželjna i koristi se u automobilskoj industriji (kao nosači automobila ili kontrolni uređaji za mjerenje).
• Općenito lijepa završna površina – Filamenti od ugljičnih vlakana imaju lijep mat završetak. Izuzetno glatka površinska obrada omogućuje izradu funkcionalnih prototipova.
• Čvrstoća i lagana težina – Impresivna čvrstoća na istezanje i lagana težina čine ugljična vlakna idealnima za zamjenu metalnih dijelova. Niska gustoća razlog je zašto je tako lagana. Ove karakteristike posebno su poželjne u robotičkoj industriji.
• Otpornost na toplinu – Izložena toplini, druge materijale mogu se deformirati pod pritiskom ili visokom temperaturom. Carbon Fiber PAHT nudi visoku otpornost na toplinu (do 160 stupnjeva Celzijusa). Carbon Fiber PET također može izdržati više temperature, do 125 stupnjeva Celzijusa. Istovremeno, ovaj filament je vrlo jednostavan za ispisivanje.
• Budući da ima izvanredna mehanička svojstva, može se koristiti za razne nosače, alate, kompozitne kalupe za razne proizvodne procese ili za samu upotrebu.

Nedostaci

• Abrzivni filament koji troši mjedene mlaznice. Preporučujemo upotrebu čelične mlaznice. Dijelovi od ugljičnih vlakana se ne tope, stoga pazite da se mlaznica ne začepi. Trebate odabrati odgovarajuću mlaznicu.
• Higroskopnost – sklonost apsorpciji vlage. Vrlo je važno da filamente od ugljičnih vlakana čuvate u zaštićenom okolišu, kao što su vreća od mylar folije i zatvoreni prostor za materijale.
• Skupo: zbog zahtjevnih procesa proizvodnje ugljičnih vlakana, poznato je da je ovaj materijal skuplji od drugih filamenata poput PLA ili ABS-a. To je jedan od razloga zašto se pojavljuje u visokokvalitetnim proizvodima, ali ne i na masovnom tržištu.
• Krto: Kombinacija polimera i ugljičnih vlakana povećava krhkost materijala. Nedostatak visoke krutosti je što ugljična vlakna mogu pucati pod visokim udarnim silama ili tlakom. To znači da projekti ili predmeti koji su izloženi takvim silama nisu idealni za ugljična vlakna.

Gdje se može koristiti Carbon Fiber filamente?

• Možemo vidjeti da se ugljična vlakna koriste u visokoproduktivnim utrkivačkim timovima u Formuli 1.
• Razvoj u zrakoplovstvu pokazao je da su ugljična vlakna fantastičan materijal za ojačavanje krila i tijela zrakoplova, a čak se ispituju i za rakete sljedeće generacije. Lagano krilo i tijelo znače više goriva i postizanje većih udaljenosti.
• U mnogim sportskim disciplinama poput biciklizma i golfa brzina i težina vrlo su važni, zbog čega su se tvrtke počele baviti upotrebom kompozita od ugljičnih vlakana kako bi stekle konkurentske prednosti.
• Tvornice i druge proizvodne objekte koji koriste robotiku počinju koristiti ugljična vlakna kako bi proizveli alate koji mogu podnijeti visoki stupanj sile uz minimalno opterećenje robotske ruke. Može se koristiti za razne nosače, alate, kompozitne kalupe za razne proizvodne procese ili čak za samu upotrebu.

AzureFilm Carbon Fiber PAHT filament

AzureFilm Carbon Fiber PAHT filament jedan je od najpopularnijih i najlakših poliamida (PA6) koji sadrži ugljična vlakna za ispisivanje. Razlog za to je što je ovaj materijal čvrst, ima izvrsnu otpornost na habanje, izdržljivost umora, dobru kemijsku otpornost, visoku čvrstoću i krutost jer sam filament već posjeduje poželjna svojstva. Većina proizvođača odabire usitnjena vlakna jer su jeftinija i lakša za upotrebu.

AzureFilm, s druge strane, koristi vlakna koja su usitnjena, što znači da je čvrstoća na istezanje veća jer su vlakna veća i proizvod je bolje povezan. Osim izvrsne čvrstoće na istezanje i udarnu čvrstoću, Carbon Fiber PAHT omogućuje kratkotrajnu kontinuiranu upotrebu do 160°C (maksimalno 200 sati). Ovaj filament potpuno je kompatibilan s topljivim potporama poput PVA, BVOH, PVOH i potpuno je kompatibilan s potporama koje se razbijaju poput HIPS-a. Vrijeme upijanja vode traje otprilike 4 puta duže dok ne dostigne zasićenje u usporedbi s neizmijenjenim PA6 i ima zasićenje 5 puta niže od konvencionalnih materijala PA6. Debljina vlakana unutar nje kreće se od 0,4 mm do 0,6 mm, zbog čega predlažemo upotrebu mlaznice s promjerom > 0,6 mm.

Potrebni uvjeti za rad s Carbon Fiber PAHT filamentom:

• Grijani stol za ispisivanje
• Očvrsnula mlaznica – zbog abrazivne strukture filamenata, standardna mjedena mlaznica će se brzo trošiti. Za ovu vrstu filamenata potrebna je mlaznica otporna na habanje. Budući da su takve vrste mlaznica obično manje provodljive od standardnih mlaznica, obično se preporučuju više temperature ekstruzije.
• Grijani prostor za filament (opcionalno) – Imati filament uvijek na suhom mjestu s radnom temperaturom opcionalno je kako biste osigurali dosljedno kontroliran okoliš za najbolju kvalitetu proizvoda.
• Zatvoreni okoliš (opcionalno) – Osiguravanje dosljednog kontroliranog okoliša vrlo je važan faktor koji omogućuje bolju klasu kvalitete proizvoda, iako ovaj filament ima sposobnost da se 3D ispisuje na uređajima bez grijane komore.

Preporuke za ispisivanje:

• Temperatura mlaznice: 270 – 290°C
• Grijani stol: preporučuje se 90-120°C
• Brzina ispisa: 40 – 60 mm/s
• Visina sloja: 0,2 mm
• Promjer mlaznice: 0,6 mm
• Izgradnja platforme: Plava traka, Kapton traka, staklena ploča + Dimafix sprej

AzureFilm Carbon Fiber PET filament

Druga opcija koju je AzureFilm pripremio za vas je Carbon Fiber PET filament. Ovaj materijal najlakši je Carbon Fiber filament za ispisivanje. Naš Carbon Fiber PET ima strukturu usitnjenih ugljičnih vlakana, što znači da mu je udarna čvrstoća mnogo veća. Ovaj kompozit ugljičnih vlakana koji su usitnjeni gura postojeće napore i ograničenja u istraživanju filamenata za 3D ispis inženjeringa na nove granice. Filament ima izvrsna mehanička svojstva bez skupljanja, uključujući izuzetno visoku čvrstoću i nisku upijanje vode. Naš Carbon Fiber PET napunjen je sa 15% ugljičnih vlakana i ima maksimalnu temperaturu za kratkotrajnu upotrebu (maksimalno 3 sata) do 125°C. Lako se može održavati na 100°C ili više tijekom 10 sati ili više. Debljina vlakana unutar njega kreće se od 0,4 mm do 0,6 mm, zbog čega je promjer mlaznice mora biti 0,6 mm.

Materijali ojačani vlaknima nude izvanredna mehanička svojstva. Osim uobičajenih čimbenika kompozitnih materijala kao što su udio vlakana i orijentacija vlakana, znanstvenici su otkrili da parametri ispisivanja kao što su vrsta mlaznice i brzina, gustoća ispune, visina sloja, temperatura stola, uzorak ispune utječu na mehanička svojstva.

Značajne prednosti AzureFilm Carbon Fiber PET filamenta:

• Ekonomično – budući da koristimo usitnjena ugljična vlakna, postoji značajno smanjenje duljine proizvodnje, što nam omogućuje da naš materijal bude pristupačan za svakog kupca.
• Veća otpornost na temperaturu do 125°C.
• Veća dimenzijska stabilnost – Usitnjena ugljična vlakna izuzetno su jaka i ne samo da pružaju visoku čvrstoću i krutost, već i pomažu u sprečavanju skupljanja dok se dio hladi.

Potrebni uvjeti za rad s Carbon Fiber PET filamentom:

• Grijani stol za ispisivanje.
• Očvrsnula mlaznica – zbog abrazivne strukture filamenata, standardna mjedena mlaznica će se brzo trošiti. Za ovu vrstu filamenata potrebna je mlaznica otporna na habanje. Budući da su takve vrste mlaznica obično manje provodljive od standardnih mlaznica, preporučujemo ispisivanje s ekstruderom za više temperature. S čeličnom mlaznicom možete ispisivati Carbon Fiber PET čak i na pisaču poput Ender 3. Samo trebate mlaznicu koja se neće začepiti (0,6 mm) i koja može izdržati više temperature.
• Grijani prostor za filament (opcionalno) – Imati filament uvijek na suhom mjestu je opcionalno kako biste osigurali dosljedno kontroliran okoliš za najbolju kvalitetu proizvoda.
• Predložujemo korištenje zatvorenog okoliša/pisača koji osigurava stabilniji okoliš, iako to nije nužno.

Preporuke za ispisivanje:

• Temperatura mlaznice: 245 – 270°C
• Grijani stol: preporučuje se 80-90°C
• Brzina ispisa: 40 – 60 mm/s
• Visina sloja: 0,2 mm
• Promjer mlaznice: 0,6 mm
• Izgradnja platforme: Plava traka, Kapton traka, staklena ploča + Dimafix sprej