Szénszálas szálak: Minden, amit tudnia kell

A szénszálas szálak a villanykörtétől kezdve az űrrakétákig egyre inkább átveszik a hatalmat és felváltják az acél- és fémalkatrészeket a különböző iparágakban. Miért? Nos, a szénszál ötször erősebb, mint az acél, ugyanakkor könnyebb is. Ezek a tulajdonságok alkalmassá teszik a szénszálat olyan alkalmazásokhoz, amelyek egy anyag tulajdonságaitól függnek a teljesítmény optimalizálása érdekében, ami különösen kívánatos az autóiparban, a hadiiparban, a repülés- és űrkutatásban és más hasonló iparágakban.

Mik azok a szénszálas szálak?

A szénszálat először 1860-ban fedezte fel Sir Joseph Wilson Swan. Később Thomas Edison cellulózalapú szénszálas anyagot használt az első villanykörtéknél, amelyeket elektromossággal fűtöttek. Nagy hőtűrése ideális elektromos vezetővé tette őket. Bár a szénszálak már több mint 150 éve léteznek, az 1970-es évek végén újfajta szénszálak jelentek meg a világpiacon. Ezek az újabb szálak több mint 90%-ban tartalmaznak szenet, és jelentősen megnövelték a szilárdság/súly és a merevség/súly arányt. Ezen modern fejlesztések, valamint a gyártási költségek csökkenése segítségével segítettünk teljesen megérteni a szénszálas anyagban rejlő lehetőségeket. Mint azt a legtöbben valószínűleg már tudják, a szénszálakat önmagukban ritkán használják. Általában más anyagokkal kombinálva fedezzük fel őket, hogy kompozit anyagot alkossanak; a szénkompozitok általában (a szénszál mellett) polimerből készülnek. Ezzel a kombinációval egy erősebb, ugyanakkor könnyebb műanyagot kapunk, megnövelt merevséggel. A szénszálas szálból készült 3D nyomtatott modellekkel számos termék, például propellerlapátok, kerékpárvázak, repülőgépszárnyak, autóalkatrészek stb. készíthetők. A szénszálas filament szénszálakból áll, amelyeket egy alapanyagnak nevezett hőre lágyuló műanyaggal kevernek össze. Rengeteg különböző szálak, amelyek megvásárolhatók szénszálas alkatrészek, többek között PETG, PLA, ABS, és Nylon szál. Ezek a szálak önmagukban is rendkívül erősek, és miután összekeverjük őket az alapanyaggal, a szál merevségének és szilárdságának növekedését, valamint az össztömegének csökkenését idézzük elő. A 3D nyomtató nyomtatási paraméterei a szénszálas szálak hasonlóaknak kell lenniük az alapanyagéhoz, amelyhez a szénszálakat hozzáadtuk. Mivel a szénszálas szálak koptató hatásúak, és eltömíthetik a 3D nyomtató fúvókáit, javasoljuk, hogy használjon egy edzett acél fúvókát. Sajnos nem minden 3D nyomtató képes szénszálas filamentummal nyomtatni, mivel ez az anyag magas extrudálási hőmérsékletet igényel (legalább 230º C), és koptató jellege károsíthatja a sárgaréz fúvókákat (ezért ajánlottuk az acél fúvókát). Ha olyan FDM nyomtatóval rendelkezik, mint a Ender 3 V2, ne aggódjon, a megfelelő Ender 3 frissítésekkel Nylon szénszálas filamentből rugalmas filamentumot nyomtathat. Csak a Micro Swiss közvetlen meghajtású extruderét kell beszerelnie, és acél fúvókát kell használnia. Néhány cég még technikai irányba fejlesztette a szénszálas filamenteket. Az ilyen szálak alapanyagai nagy teljesítményű polimerek (HPP), mint például a PEEK. A szén PEEK egy olyan anyag, amely rendkívüli tulajdonságokkal rendelkezik a termikus, mechanikai és kémiai ellenállás tekintetében. Ezt a fonalszálat nagyon speciális területeken használják, ahol a mechanikai teljesítmény további növelésére van szükség a rendkívüli teljesítményhez.

Előnyök:

• Jó méretstabilitás – a filament szakítószilárdsága hozzájárul a nagyobb méretstabilitáshoz, segít elkerülni a 3D nyomtatás és a zsugorodás során fellépő vetemedést.
• Merevség – A nagy szilárdságú és tartós polimerek általában nem rendelkeznek megfelelő merevséggel. A szénszálaknál ez a probléma nem áll fenn, mivel nagy igénybevétel mellett is képes megtartani az alakját. Ez a tulajdonsága nagyon kívánatos, és az autóiparban használják (mint autóipari konzolok vagy ellenőrző műszerek).
• Összességében szép felületkezelés – A szénszálak szép matt felületűek. A rendkívül sima felület lehetővé teszi a funkcionális prototípusok nyomtathatóságát.
• Szilárdság és könnyű súly – A félelmetes szakítószilárdság és a könnyű súly a szénszálakat ideális alternatívává teszi a fém alkatrészek helyettesítésére. Az alacsony sűrűség az oka annak, hogy olyan könnyű. Ezeket a tulajdonságokat különösen a robotikai iparban keresik.
• Hőhajlítás – Hő hatására más anyagok nyomás vagy magas hőmérséklet hatására deformálódhatnak. Szénszálas PAHT szál nagy hőállóságot biztosít (akár 160 Celsius-fokig). Szénszálas PET szintén képes magasabb hőmérsékletet is elviselni, akár 125 Celsius-fokig. Ugyanakkor nagyon könnyű nyomtatni ezt a filamentet.
• Mivel kivételes mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, felhasználható különböző rögzítésekhez, szerszámokhoz, kompozit formákhoz különböző gyártási folyamatokhoz, vagy saját felhasználásra.

Hátrányok:

• Csiszolószál, amely elhasználja a sárgaréz fúvókákat. Javasoljuk, hogy acél fúvókát használjon. A szénszálas alkatrészek nem olvadnak meg, ezért ügyeljen arra, hogy a fúvóka ne duguljon el. A megfelelő fúvókát kell kiválasztania.
• Higroszkóposság – a nedvesség felszívására való hajlam. Nagyon fontos, hogy a nejlon szénszálas orsók számára védett környezetet biztosítsunk, például egy mylar zsákot és egy lezárt anyagrekeszt.
• Drága: A szénszálak igényes gyártási folyamatai miatt az anyag közismerten drágább, mint más szálak, például a PLA vagy az ABS. Ez az egyik oka annak, hogy a high-end termékekben megjelenik, de a tömegpiacon nem.
• Törékeny: A polimer és a szénszál kombinációja növeli az anyag törékenységét. A nagy merevség hátránya, hogy a szénszálak nagy ütőerő vagy nyomás hatására összetörhetnek. Ez azt jelenti, hogy az ilyen erőhatásoknak kitett projektek vagy tárgyak nem lesznek ideálisak a szénszálas anyagok számára.

Hol használhatja a szénszálat?

• A szénszálas anyagokat a nagy teljesítményű versenycsapatok használják a Forma-1-ben.
• Az űrkutatási fejlesztések megmutatták, hogy a szénszál fantasztikus anyag a repülőgépek szárnyainak és testének megerősítésére, és még a következő generációs rakétákhoz is tesztelik. A szárnyak és a testek könnyű súlya azt jelenti, hogy több üzemanyag szállítható, és nagyobb hatótávolság érhető el.
• Számos sportágban , például a kerékpározásban és a golfban a sebesség és a súly nagyon fontos, ezért a vállalatok versenyelőny elérése érdekében a szénszálas kompozitok használatával próbálkoznak.
• A robotikát alkalmazó gyárak és más gyártóüzemek kezdik használni a szénszálat olyan szerszámok gyártásához, amelyek nagy erőt képesek elviselni, miközben a robotkar emelőkapacitásának minimális részét veszik igénybe. Ezt különböző rögzítésekhez, szerszámokhoz, különböző gyártási folyamatokhoz használt kompozit formákhoz, vagy akár saját felhasználásra is lehet használni.

AzureFilm szénszálas PAHT fonal

Az AzureFilm Carbon Fiber PAHT filament az egyik legnépszerűbb és legkönnyebben nyomtatható szénszálakat tartalmazó poliamid (PA6). Az ok, amiért ez az anyag szívós, kiváló kopásállósággal, fáradásállósággal, jó vegyszerállósággal, nagy szilárdsággal és merevséggel rendelkezik, az az, hogy a nylonszál maga már rendelkezik a kívánatos tulajdonságokkal. A legtöbb gyártó azért választja az őrölt szálakat, mert olcsóbbak és könnyebben felhasználhatók. Az AzureFilm ezzel szemben aprított szálakat használ, ami azt jelenti, hogy a szakítószilárdság nagyobb, mivel a szálak nagyobbak, és a termék jobban köt. A kiváló szakító- és ütésszilárdság mellett a szénszálas PAHT-szál rövid, 160°C-ig tartó folyamatos használatot tesz lehetővé (élettartam max. 200h). Ez a szál teljes mértékben kompatibilis az olyan oldható hordozókkal, mint pl. PVA, BVOH, PVOH és teljes mértékben kompatibilis az olyan szakadó hordozókkal, mint a HIPS. Vízfelvétele a nem módosított PA6-hoz képest körülbelül 4-szer hosszabb ideig tart, amíg eléri a telítési pontot, és telítési pontja 5-szer alacsonyabb, mint a hagyományos PA6 anyagoké. A benne lévő szálak vastagsága 0,4 mm-0,6 mm között mozog, ezért javasoljuk a > 0,6 mm átmérőjű fúvóka használatát.

A szénszálas PAHT szálakkal való munkavégzés követelményei:

• Fűtött nyomtatóágy
• Edzett fúvóka – A koptatószerkezet miatt az izzószál rövid idő alatt elhasználja a szabványos sárgaréz fúvókát. Ehhez a típusú szálhoz kopásálló fúvókára van szükség. Mivel az ilyen típusú fúvókák általában kevésbé vezetőképesek, mint a standard fúvókák, általában magasabb extruderi hőmérséklet ajánlott.
• Fűtött izzókamra (opcionális) – Az izzószál állandóan száraz helyen, üzemi hőmérsékleten való elhelyezése opcionális, hogy a legjobb termékminőség érdekében állandóan ellenőrzött környezetet biztosítson.
• Zárt környezet (opcionális) – A következetesen ellenőrzött környezet biztosítása nagyon fontos tényező, amely lehetővé teszi a termék jobb végosztályú minőségét, bár ez a szál képes 3D nyomtatásra nem fűtött kamrás gépeken.

Nyomtatási ajánlások:

• Fúvóka hőmérséklete: 270 – 290°C
• Fűtött ágy: ajánlott 90-120°C
• Nyomtatási sebesség: 40 – 60mm/s
• Rétegmagasság: 0,2mm
• Fúvóka mérete: 0,6mm
• Platform építése: Kék szalag, Kapton szalag, üveglap + Dimafix spray

AzureFilm szénszálas PET-szál

A másik lehetőség, amelyet az AzureFilm készített az Ön számára, a szénszálas PET-szál. Ez az anyag a legkönnyebben nyomtatható szénszálas filament. A PET CF szálunk aprított szénszállal erősített szerkezettel rendelkezik, így sokkal erősebbé teszi az ütésállóságát. Ez az aprított szénszálas kompozit új határok közé tolja a mérnöki minőségű 3D nyomtatási szál kutatásának meglévő erőfeszítéseit és korlátait. A filament kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, vetemedés nélkül, beleértve a rendkívül magas z-réteg szilárdságot és az alacsony vízfelvételt. A Carbon Fiber PET filamentünk 15% szénszállal van töltve, és rövid ideig (max. 3 óra) legfeljebb 125°C-os hőmérsékleten használható. Könnyen elviseli a 100°C-os hőmérsékletet 10 órán keresztül vagy tovább. A benne lévő szálak vastagsága 0,4 mm-0,6 mm között mozog, ezért a fúvóka átmérőjének 0,6 mm-nek kell lennie. A szálerősítésű anyagok kivételes mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A tipikus kompozitokat befolyásoló tényezőkön kívül, mint például a szálak térfogata és a szálak orientációja, a tudósok megállapították, hogy a nyomtatási paraméterek, mint például a fúvóka típusa és sebessége, a töltetsűrűség, a rétegvastagság, az ágy hőmérséklete, a töltésmintázat bizonyítottan befolyásolják a mechanikai tulajdonságokat.

Az AzureFilm szénszálas PET-szál jelentős előnyei:

• Költséghatékony – mivel felaprított szénszálakat használunk, jelentősen csökken a gyártási hossz, ami lehetővé teszi számunkra, hogy anyagunkat költségbaráttá tegyük minden vásárló számára.
• Magasabb hőmérsékleti ellenállás 125°C-ig
• Nagyobb méretstabilitás – Az aprított szénszálak rendkívül erősek, és nem csak nagy szilárdságot és merevséget biztosítanak, hanem segítenek megakadályozni a zsugorodást is, amikor az alkatrész lehűlés alatt van.

A szénszálas PET-szállal való munkavégzés követelményei:

• Fűtött nyomtatóágy
• Edzett fúvóka – A koptatószerkezet miatt az izzószál rövid idő alatt elhasználja a szabványos sárgaréz fúvókát. Ehhez a típusú szálhoz kopásálló fúvókára van szükség. Mivel az ilyen típusú fúvókák általában kevésbé
• vezetőképesebb, mint a standard fúvókák, ezért javasoljuk, hogy magasabb hőmérsékletre alkalmas extruderrel nyomtasson. Az acél fúvókával még egy olyan nyomtatóval is nyomtathat Carbon Fiber PET filamentet, mint az Ender 3. Csak olyan fúvókára van szüksége, amely nem tömődik el (0,6 mm), és amely bírja a magasabb hőmérsékletet.
• Fűtött izzókamra (opcionális) – Az izzószál állandóan száraz helyen való elhelyezése opcionális dolog, hogy a legjobb termékminőség érdekében állandóan ellenőrzött környezetet biztosítson.
• Javasoljuk, hogy használjon zárt környezetet /nyomtatót, amely stabilabb környezetet biztosít, de ez nem szükséges.

Nyomtatási ajánlások:

• Fúvóka hőmérséklete: 245 – 270°C
• Fűtött ágy: ajánlott 80-90°C
• Nyomtatási sebesség: 40-60mm/s
• Rétegmagasság: 0,2mm
• Fúvóka átmérő: 0,6mm
• Platform építése: Kék szalag, Kapton szalag, üveglap + Dimafix spray