Filamenti Carbon Fiber: Tutto ciò che c’è da sapere

Filamenti 3D

Dalla lampadina ai razzi spaziali, i filamenti Carbon Fiber stanno prendendo il sopravvento e sostituendo parti in acciaio e metallo in diverse industrie. Perché? Beh, la fibra di carbonio è cinque volte più resistente dell’acciaio e allo stesso tempo più leggera. Queste caratteristiche rendono la fibra di carbonio adatta per applicazioni che dipendono dalle proprietà di un materiale per ottimizzare le prestazioni, il che è particolarmente desiderabile nell’industria automobilistica, militare, aerospaziale e in altre industrie simili.

Cosa sono i filamenti Carbon Fiber?

La fibra di carbonio è stata scoperta per la prima volta nel 1860 da Sir Joseph Wilson Swan. In seguito, Thomas Edison ha utilizzato materiale in fibra di carbonio a base di cellulosa nelle prime lampadine che venivano riscaldate dall’elettricità. La sua elevata resistenza al calore le ha reso ideali conduttori elettrici. Sebbene la fibra di carbonio esista da oltre 150 anni, è solo alla fine degli anni ’70 che nuovi tipi di fibra di carbonio sono entrati nel mercato globale. Queste fibre più recenti contengono più del 90% di carbonio e hanno aumentato notevolmente i rapporti tra resistenza e peso e rigidità e peso. Grazie a questi progressi moderni, nonché alla riduzione dei costi di produzione, abbiamo potuto comprendere appieno il potenziale del materiale in fibra di carbonio.

Come molti di voi probabilmente già sanno, le fibre di carbonio vengono raramente utilizzate da sole. Di solito le troviamo combinate con altri materiali per creare un materiale composito; i compositi in carbonio sono solitamente composti (oltre alla fibra di carbonio) di polimeri. Con questa combinazione si ottiene una plastica più resistente e più leggera con un livello di rigidità aumentato.

I modelli stampati in 3D realizzati con filamento Carbon Fiber possono essere utilizzati per creare molti prodotti, come pale di elica, telai per biciclette, ali di aeromobili, componenti per auto, ecc.

Il filamento Carbon Fiber è formato da fibre di carbonio, mescolate a un termoplastico chiamato materiale di base. Ci sono molti diversi filamenti che possono essere acquistati con parti in fibra di carbonio, tra cui PETG, PLA, ABS e filamento in nylon. Queste fibre da sole sono estremamente resistenti, e quando le mescoliamo con il materiale di base, facciamo sì che il filamento aumenti in rigidità e resistenza, riducendo anche il suo peso complessivo.

I parametri di stampa di una stampante 3D per filamenti Carbon Fiber dovrebbero essere simili a quelli del materiale di base a cui sono stati aggiunti i filamenti Carbon Fiber. Poiché i filamenti Carbon Fiber sono abrasivi e possono ostruire le punte delle stampanti 3D, consigliamo di utilizzare una punta in acciaio temprato. Sfortunatamente, non tutte le stampanti 3D possono stampare con filamenti Carbon Fiber perché questo materiale richiede una temperatura di estrusione elevata (almeno 230°C) e la sua natura abrasiva può danneggiare le punte in ottone (eccoti perché abbiamo consigliato la punta in acciaio). Se hai una stampante FDM come l’Ender 3 V2, non preoccuparti, con le giuste modifiche all’Ender 3 puoi stampare dal filamento Carbon Fiber al filamento Flexible. Devi solo installare l’estrusore a guida diretta Micro Swiss e utilizzare una punta in acciaio.

Alcune aziende hanno sviluppato filamenti Carbon Fiber in una direzione ancora più tecnica. I materiali di base di tali filamenti sono polimeri ad alte prestazioni (HPP) come il PEEK. Il Carbon PEEK è un materiale con caratteristiche straordinarie in termini di resistenza termica, meccanica e resistenza chimica. Questo filamento viene utilizzato in aree molto specifiche in cui è richiesta un’ulteriore aumento delle prestazioni meccaniche per prestazioni straordinarie.

Vantaggi

  • Buona stabilità dimensionale: la resistenza alla trazione del filamento contribuisce a una maggiore stabilità dimensionale, contribuendo a evitare la deformazione durante la stampa 3D e la contrazione.
  • Rigidità: solitamente i polimeri con elevata resistenza e durata presentano una mancanza di rigidità. La fibra di carbonio non ha questo problema, poiché ha la capacità di mantenere la sua forma sotto stress elevato. Questa caratteristica è molto desiderata e utilizzata nell’industria automobilistica (come staffe automobilistiche o calibri di ispezione).
  • Finitura superficiale complessivamente gradevole: i filamenti in fibra di carbonio hanno una bella finitura opaca. Una finitura superficiale estremamente liscia consente la stampabilità di prototipi funzionali.
  • Resistenza e leggerezza: una formidabile resistenza alla trazione e un peso leggero rendono le fibre di carbonio ideali per sostituire parti in metallo. La bassa densità è la ragione per cui è così leggera. Queste caratteristiche sono particolarmente ricercate nell’industria robotica.
  • Deflessione termica: quando esposti al calore, altri materiali possono deformarsi sotto pressione o a temperature elevate. Il filamento Carbon Fiber PAHT offre una resistenza termica elevata (fino a 160 gradi Celsius). Anche il Carbon Fiber PET è in grado di sopportare temperature più elevate fino a 125 gradi Celsius. Allo stesso tempo, è molto facile stampare questo filamento.
  • Dato che ha proprietà meccaniche eccezionali, può essere utilizzato per vari supporti, utensili, stampi compositi per vari processi di produzione o per uso personale.

Svantaggi

  • Filamento abrasivo che consuma le punte in ottone. Ti consigliamo di utilizzare una punta in acciaio. Le parti in fibra di carbonio non si fondono, quindi fai attenzione a che la punta non si ostruisca. Devi scegliere la punta corretta.
  • Igroscopicità: tendenza ad assorbire l’umidità. È molto importante conservare i bobine di filamento in nylon con fibra di carbonio in un ambiente protetto, come una busta mylar e un luogo sigillato.
  • Costoso: a causa dei processi di produzione impegnativi della fibra di carbonio, il materiale è noto per essere più costoso di altri filamenti come il PLA o l’ABS. Questo è uno dei motivi per cui appare in prodotti di alta gamma ma non nel mercato di massa.
  • Fragile: la combinazione di polimero e fibra di carbonio aumenta la fragilità del materiale. Il lato negativo della rigidità elevata è che la fibra di carbonio può frantumarsi sotto forze o pressioni elevate. Ciò significa che progetti o oggetti esposti a tali forze non sono ideali per la fibra di carbonio.

Dove puoi utilizzare i filamenti Carbon Fiber?

  • Possiamo vedere la fibra di carbonio utilizzata da team di gara ad alte prestazioni in Formula 1.
  • Gli sviluppi aerospaziali hanno dimostrato che la fibra di carbonio è un materiale fantastico per rinforzare ali e corpi di aerei ed è persino in fase di test per razzi di prossima generazione. La leggerezza delle ali e dei corpi significa che è possibile trasportare più carburante e raggiungere distanze più lunghe.
  • In molte discipline sportive come il ciclismo e il golf, la velocità e il peso sono molto importanti, ecco perché le aziende hanno sperimentato l’uso di compositi di fibra di carbonio per ottenere un vantaggio competitivo.
  • Le fabbriche e altre strutture manifatturiere che utilizzano la robotica stanno iniziando a utilizzare la fibra di carbonio per produrre utensili in grado di sopportare un alto grado di forza, occupando il minimo della capacità di sollevamento del braccio robotico. Può essere utilizzata per vari supporti, utensili, stampi compositi per vari processi di produzione o anche per l’uso personale.

AzureFilm filamento Carbon Fiber PAHT

Il filamento Carbon Fiber PAHT è uno dei poliammide (PA6) più popolari e facili da stampare che contiene fibre di carbonio. La ragione per cui questo materiale è resistente, ha un’eccellente resistenza all’abrasione, una buona resistenza alla fatica, una buona resistenza chimica, una resistenza elevata e una rigidità elevata è perché il filamento stesso possiede già le proprietà desiderabili. La maggior parte dei produttori sceglie fibre triturate poiché sono più economiche e facili da usare.

AzureFilm, d’altra parte, utilizza fibre tagliate, il che significa che la resistenza alla trazione è maggiore perché le fibre sono più grandi e il prodotto si lega di più. Oltre ad avere un’ottima resistenza alla trazione e all’urto, il filamento Carbon Fiber PAHT consente un uso continuo breve fino a 160°C (massimo 200 ore). Questo filamento è completamente compatibile con supporti solubili come PVA, BVOH, PVOH e completamente compatibile con supporti rimovibili come HIPS. Il suo assorbimento di acqua impiega circa 4 volte più tempo per raggiungere il punto di saturazione rispetto al PA6 non modificato e ha un punto di saturazione 5 volte più basso rispetto ai materiali PA6 convenzionali. Lo spessore delle fibre al suo interno varia da 0,4 mm a 0,6 mm, motivo per cui ti consigliamo di utilizzare una punta con un diametro superiore a 0,6 mm.

Requisiti per lavorare con il filamento Carbon Fiber PAHT:

  • Piano di stampa riscaldato
  • Punta temprata – A causa della sua struttura abrasiva, il filamento usurerebbe rapidamente la punta in ottone standard. Per questo tipo di filamento è necessaria una punta resistente all’abrasione. Poiché questi tipi di punte tendono a essere meno conduttive delle punte standard, di solito si raccomandano temperature più elevate per l’estrusore.
  • Camera di stampa riscaldata (opzionale) – Conservare il filamento costantemente in un luogo asciutto, con temperatura di lavoro, è un’opzione per garantire un ambiente costantemente controllato per la migliore qualità del prodotto.
  • Ambiente chiuso (opzionale) – Garantire un ambiente controllato costante è un fattore molto importante che consente una migliore qualità di classe finale del prodotto, anche se questo filamento ha la capacità di essere stampato in 3D su macchine senza camera riscaldata.

Raccomandazioni per la stampa:

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AzureFilm filamento Carbon Fiber PET

L’altra opzione che AzureFilm ha preparato per vio è il filamento Carbon Fiber PET. Questo materiale è il filamento più semplice con fibre di carbonio da stampare. Il nostro filamento Carbon Fiber PET ha una struttura rinforzata con fibre di carbonio tagliate, rendendo la sua resistenza agli urti molto più forte. Questo composito di fibre di carbonio tagliate sta spingendo gli sforzi e i limiti esistenti per la ricerca di un filamento per stampa 3D di grado ingegneristico verso nuovi orizzonti. Il filamento ha eccellenti proprietà meccaniche senza deformazioni, incluse una resistenza z elevata e una bassa assorbenza d’acqua. Il nostro filamento Carbon Fiber PET è riempito al 15% di fibra di carbonio e ha una temperatura massima a breve termine (max. 3 ore) fino a 125°C. Può sopportare facilmente i 100°C per 10 ore o più. Lo spessore delle fibre al suo interno varia da 0,4 mm a 0,6 mm, motivo per cui il diametro della punta deve essere di 0,6 mm.

I materiali rinforzati con fibre offrono eccezionali proprietà meccaniche. Oltre ai tipici fattori che influenzano i compositi, come il volume delle fibre e l’orientamento delle fibre, gli scienziati hanno scoperto che i parametri di stampa, come il tipo di punta e la velocità, la densità del riempimento, lo spessore dello strato, la temperatura del piano di stampa, il modello di riempimento, influenzano le proprietà meccaniche.

Vantaggi significativi del filamento Carbon Fiber PET:

  • Economico: poiché utilizziamo fibre di carbonio tagliate, c’è una significativa riduzione della lunghezza di produzione, il che ci consente di rendere il nostro materiale economico per qualsiasi cliente.
  • Resistenza a temperature più elevate fino a 125°C
  • Maggiore stabilità dimensionale: le fibre di carbonio tagliate sono estremamente resistenti e non solo conferiscono elevata resistenza e rigidità, ma aiutano anche a prevenire il ritiro durante il raffreddamento della parte.

Requisiti per lavorare con il filamento Carbon Fiber PET:

  • Piano di stampa riscaldato
  • Punta temprata – A causa della sua struttura abrasiva, il filamento usurerebbe rapidamente la punta in ottone standard. È richiesta una punta resistente all’abrasione per questo tipo di filamento. Poiché questi tipi di punte tendono a essere meno conduttive delle punte standard, suggeriamo di stampare con un estrusore per temperature più elevate. Con la punta in acciaio, puoi stampare il filamento Carbon Fiber PET anche su una stampante come l’Ender. Devi solo avere una punta che non si ostruisca (0,6 mm) e che possa sopportare temperature più elevate.
  • Camera di stampa riscaldata (opzionale) – Conservare il filamento costantemente in un luogo asciutto è un’opzione per garantire un ambiente costantemente controllato per la migliore qualità del prodotto.
  • Suggeriamo di utilizzare un ambiente chiuso/stampante che garantisca un ambiente più stabile, ma non è necessario.

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Raccomandazioni per la stampa:

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