Carbon Fiber Filamenti: Vse, kar morate vedeti

Od navadne žarnice pa vse do vesoljskih raket – ogljikova vlakna (v nadaljevanju Carbon Fiber) osvajajo svet in nadomeščajo jeklene ter kovinske dele v različnih industrijah. Zakaj? Zato, ker so petkrat močnejša od jekla, a hkrati tudi lažja. Zaradi teh lastnosti so primerna za optimizacijo delovanja na področjih, kjer so takšne lastnosti materiala bistvenega pomena. Še posebej so zaželena v avtomobilski, vojaški, vesoljski in v drugih podobnih industrijah.

Kaj so Carbon Fiber Filamenti?

Leta 1860 je Joseph Wilson Swan odkril Carbon Fiber. Kasneje je Thomas Edison uporabil material iz Carbon Fibra na osnovi celuloze pri prvih žarnicah, ki so bile ogrevane z električno energijo. Zaradi visoke toplotne tolerance so postali idealni električni prevodniki. Čeprav Carbon Fiber obstaja že več kot 150 let, so v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja na svetovni trg vstopile nove vrste. Ta novejša vlakna vsebujejo več kot 90% ogljika in imajo znatno povečana razmerja med trdnostjo in maso ter togostjo in težo. S pomočjo teh sodobnih dosežkov in znižanja proizvodnih stroškov pri ustvarjanju omenjenih vlaken, so ljudje končno razumeli potencial tega materiala.

Kot večina od vas verjetno že ve, se Carbon Fiber zelo redko uporablja sam. Običajno ga odkrijemo v kombinaciji z drugimi materiali, s katerimi tvori kompozitni material; ogljikovi kompoziti so poleg ogljikovih vlaken sestavljeni tudi iz polimera. S to kombinacijo dobite namreč močnejšo, a lažjo plastiko s povečano stopnjo togosti.

3D natisnjeni modeli, ki so bili izdelani iz filamenta s karbonskimi vlakni, se lahko uporabijo za izdelavo številnih izdelkov, kot so lopatice propelerja, okvirji koles, krila letala, sestavni deli avtomobilov itd.

Carbon Fiber filament je sestavljen iz ogljikovih vlaken, katera so pomešana s termoplastiko imenovano osnovni material. Obstaja veliko različnih filamentov, ki jih je mogoče kupiti z delci iz ogljikovih vlaken, vključno s PETG, PLA, ABS in Najlon filamentom. Že sama vlakna so izredno močna in po tem, ko jih zmešamo z osnovnim materialom, povzročimo povečanje togosti in trdnosti filamenta ter zmanjšamo tudi njegovo skupno težo.

Nastavitve 3D tiskanja za Carbon Fiber filamente morajo biti podobne tistim, ki jih uporabljamo za 3D tiskanje filamenta iz osnovnega materiala, kateremu so dodali ogljikova vlakna. Ker so Carbon Fiber filamenti abrazivni in lahko zamašijo šobe 3D tiskalnika, priporočamo uporabo šobe iz kaljenega jekla. Na žalost ne more vsak 3D tiskalnik tiskati s Carbon Fiber filamenti, ker ta material zahteva visoko temperaturo iztiskanja (najmanj 230 ° C), njegova abrazivna narava pa lahko poškoduje medeninaste šobe (zato smo priporočali jekleno šobo). Če imate FDM tiskalnik, kot je Ender 3 V2, ne skrbite; s pravimi nadgradnjami tiskalnika lahko tiskate od najlona pa vse do fleksibilnih filamentov. Potrebno je samo, da namestite ekstruder z direktnim pogonom Micro Swiss in uporabiti pravo šobo.

Nekatera podjetja so razvila Carbon Fiber filamente v še bolj tehnično smer. Osnovni materiali takšnih filamentov so visokozmogljivi polimeri (HE), kot je PEEK. Ogljikov PEEK je material z izjemnimi lastnostmi v smislu toplotne, mehanske in kemične odpornosti. Ta filament se uporablja na zelo specifičnih področjih, kjer je za izjemne zmogljivosti potrebno dodatno povečanje mehanskih lastnosti.

Prednosti:

• Dobra dimenzijska stabilnost – natezna trdnost filamenta prispeva k večji dimenzijski stabilnosti, kar preprečuje deformacijo med 3D tiskanjem in krčenje.
• Togost – Običajno imajo polimeri z visoko trdnostjo in vzdržljivostjo pomanjkanje togosti. Carbon Fiber filamenti nimajo te težave, saj lahko ohranijo svojo obliko pod velikim pritiskom. Ta lastnost je zelo zaželena in se uporablja v avtomobilski industriji (kot nosilci za avtomobile ali kontrolni merilniki).
• Na splošno lep zaključek površine – Carbon Fiber filamenti imajo lep mat odsev na površini izdelka. Izjemno gladka površina omogoča tudi tiskanje funkcionalnih prototipov.
• Trdnost in lahkost – Zaradi velike natezne trdnosti in lahkih ogljikovih vlaken so idealni za nadomestke kovinskim delom. Nizka gostota je razlog, zakaj je Carbon Fiber filament tako lahek. Te lastnosti so še posebej zaželene v robotski industriji.
• Toplotna vzdržljivost – drugi materiali se lahko ob pritisku ali visoki temperaturi deformirajo. Carbon Fiber PAHT filament pa vam ponuja visoko toplotno odpornost (do 160 stopinj Celzija). Carbon Fiber PET filament pa lahko prenese višje temperature do 125 stopinj Celzija. Hkrati pa je zelo enostavno 3D tiskati z omenjenim filamentom.
• Ker ima izjemne mehanske lastnosti, se lahko uporablja za različne napeljave, orodja, kompozitne kalupe za različne proizvodne procese ali za samostojno uporabo.

Slabosti:

• Abraziven filament, ki obrablja medeninaste šobe. Predlagamo, da uporabite jekleno šobo. Deli ogljikovih vlaken se ne topijo, zato bodite previdni, da se šoba ne zamaši.
• Higroskopnost – nagnjenost k absorpciji vlage. Zelo pomembno je, da imate kolute Carbon Fiber filamentov zaščitene pred vlago, na primer s plastično vrečko ali z zaprtimi plastičnimi škatlami za shranjevanje (npr. Iz Ikee).
• Cena – Zaradi zahtevnih proizvodnih procesov ogljikovih vlaken je znano, da je material dražji od drugih filamentov, kot sta PLA ali ABS. To je eden od razlogov, zakaj se pojavlja v vrhunskih izdelkih, ne pa tudi na množičnem trgu.
• Krhkost: Kombinacija polimera in ogljikovih vlaken poveča krhkost materiala. Slaba stran visoke togosti je ta, da se ogljikova vlakna lahko razbijejo pod močno udarno silo ali pritiskom. To pomeni, da projekti ali predmeti, ki so izpostavljeni takim silam, ne bodo idealni za filamente z ogljikovimi vlakni.

Kje vse lahko uporabljate Carbon Fiber filamente?

• V formuli 1 uporabljajo vse vrhunske dirkalne ekipe dele narejene iz ogljikovih vlaken.
• Letalski razvoj je pokazal, da so ogljikova vlakna fantastičen material za krepitev kril in karoserij letal in se celo testirajo za rakete naslednje generacije. Lahka krila in karoserije pripomorejo k večjemu prevozu goriva in doseganje daljših dosegov.
• V številnih športnih disciplinah, kot sta kolesarjenje in golf, sta hitrost in teža zelo pomembni, zato so se tekmovalci odločili uporabiti kompozite iz ogljikovih vlaken, da bi pridobila konkurenčno prednost.
• Tovarne in drugi proizvodni obrati, ki uporabljajo robotiko, začenjajo uporabljati ogljikova vlakna za izdelavo orodij, ki lahko prenesejo visoko stopnjo sile, hkrati pa prevzamejo minimalno količino dvižne zmogljivosti robotske roke. Lahko se uporablja za različne napeljave, orodja ali kompozitne kalupe za različne proizvodne procese.

AzureFilm Carbon Fiber PAHT filament

AzureFilm Carbon Fiber PAHT filament je eden izmed najbolj priljubljenih in najlažjih poliamidov (z ogljikovimi vlakni) za 3D tiskanje. Razlog, zakaj je v tem, da je ta material trden, z odlično odpornostjo proti obrabi, dobro kemijsko odpornostjo, visoko trdnostjo in togostjo.

Ob proizvajanju Carbon Fiber filamentov se večina proizvajalcev odloči za mleta vlakna, saj so cenejša in enostavnejša za uporabo. AzureFilm pa uporablja drobljena vlakna, kar pomeni, da je natezna trdnost večja, ker so vlakna večja in se izdelek bolj veže. Poleg odlične natezne in udarne trdnosti, Carbon Fiber PAHT filament omogoča kratko neprekinjeno uporabo do 160 ° C (življenjska doba max. 200 ur). Ta filament je popolnoma združljiv s topnimi nosilci, kot so PVA, BVOH, PVOH, in popolnoma združljiv z odcepljenimi nosilci, kot je HIPS. Njegov vnos vode traja približno 4 -krat dlje, da doseže točko nasičenja v primerjavi z nespremenjenim PA6 in ima točko nasičenja 5 -krat nižjo od običajnih materialov PA6. Debelina vlaken v notranjosti se giblje od 0,4 mm do 0,6 mm, zato predlagamo, da uporabite šobo s premerom> 0,6 mm.

Zahteve za delo s Carbon Fiber PAHT filamentom:

• Ogrevana tiskalna površina
• Jeklena šoba – zaradi svoje abrazivne strukture bo filament v kratkem času obrabil standardno medeninasto šobo. Za to vrsto filamentov je potrebna šoba, odporna proti obrabi. Ker so te vrste šob ponavadi manj prevodne od standardnih šob, se običajno priporoča tudi ekstrudor za višje temperature.
• Zaprt tiskalnik s komoro (neobvezno) – Če imate filament ves čas na suhem mestu z delovno temperaturo, je to neobvezno. Pomembno je, da zagotovite dosledno nadzorovano okolje za najboljšo kakovost izdelka.
• Zaprto okolje (neobvezno) – Zagotavljanje doslednega nadzorovanega okolja je zelo pomemben dejavnik, ki omogoča boljšo kakovost izdelka končnega razreda, čeprav ima ta filament možnost 3D -tiskanja na navadnih odprtih 3D tiskalnikih.

Priporočila za tiskanje:

• Temperatura šobe: 270 – 290 ° C
• Ogrevana miza: priporočeno 90-120 ° C
• Hitrost tiskanja: 40 – 60 mm/s
• Višina sloja: 0,2 mm
• Mera šobe: 0,6 mm
• Konstrukcijska platforma: Modri trak, Kapton trak, steklena plošča + sprej Dimafix

AzureFilm Carbon Fiber PET filament

Druga možnost, ki jo je AzureFilm pripravil za vas, je Carbon Fiber PET filament. Izmed vseh filamentov z ogljikovimi vlakni je ta definitivno najlažji za tiskanje. Naš Carbon Fiber PET filament ima sesekljano strukturo iz ogljikovih vlaken, zaradi česar je njegova udarna žilavost veliko močnejša. Ta sesekljan kompozit iz ogljikovih vlaken potiska obstoječa prizadevanja in omejitve 3D tiskanja do novih mej. Filament ima odlične mehanske lastnosti brez upogibanja, vključno z izjemno visoko trdnostjo z-plasti in nizkim vnosom vode. Naš Carbon Fiber PET filament je sestavljen iz kar 15% ogljikovih vlaken in ima kratkotrajno (največ 3 ure) najvišjo temperaturo do 125 ° C. Z lahkoto zdrži pri 100 ° C 10 ur ali več. Debelina vlaken v notranjosti se giblje od 0,4 mm do 0,6 mm, zato mora biti med tiskanjem premer šobe 0,6 mm.

Materiali, ojačani z vlakni, ponujajo izjemne mehanske lastnosti. Poleg značilnih priljubljenih dejavnikov, kot sta volumen in usmerjenost vlaken, so znanstveniki ugotovili, da so parametri tiskanja, kot so vrsta šobe in hitrost, gostota polnila, debelina plasti, temperature podloge, vzorec polnila, vplivali na mehanske lastnosti.

Pomembne prednosti filamenta Carbon Fiber PET:

• Stroškovno učinkovit – ker uporabljamo sesekljana ogljikova vlakna, se znatno zmanjša dolžina proizvodnje, kar nam omogoča, da je naš material stroškovno prijazen za vsako stranko
• Odpornost na visoke temperature do 125 ° C
• Več dimenzijske stabilnosti – sesekljana ogljikova vlakna so izjemno močna in ne dajejo le visoke trdnosti in togosti, ampak tudi preprečujejo krčenje, ko je izdelek v fazi ohlajanja

Zahteve za delo s Carbon Fiber PET filamentom:

• Ogrevana tiskalna površina
• Utrjena šoba – zaradi svoje abrazivne strukture bo filament v kratkem času obrabil standardno medeninasto šobo. Za to vrsto filamentov je potrebna šoba, odporna proti obrabi. Ker so te vrste šob ponavadi manj prevodne od standardnih šob, vam predlagamo, da tiskate z ekstruderjem za višje temperature. Z jekleno šobo lahko natisnete Carbon Fiber PET tudi na tiskalniku, kot je Ender 3. Potrebujete samo šobo, ki se ne zamaši (0,6 mm) in lahko prenese višje temperature.
• Zaprt tiskalnik s komoro (neobvezno) – Če imate filament ves čas na suhem mestu z delovno temperaturo, je to neobvezno. Pomembno je, da zagotovite dosledno nadzorovano okolje za najboljšo kakovost izdelka.
• Zaprto okolje (neobvezno) je zelo pomemben dejavnik, ki omogoča boljšo kakovost izdelka končnega razreda, čeprav ima ta filament možnost 3D -tiskanja na navadnih odprtih 3D tiskalnikih. Prostor, kjer tiskate naj ima vedno enako temperaturo in naj bo brez prepihov in podobnih naglih sprememb okolja.

Priporočila za tiskanje:

• Temperatura šobe: 245 – 270 ° C
• Ogrevana miza: priporočeno 80-90 ° C
• Hitrost tiskanja: 40 –60 mm/s
• Višina sloja: 0,2 mm
• Premer šobe: 0,6 mm
• Konstrukcijska platforma: Modri trak, Kapton trak, steklena podloga + sprej Dimafix