3D печат с нишка от въглеродни влакна: Крайно ръководство

Филаментът от въглеродни влакна е нов материал, който прави вълни в 3D печата и производството на добавки. Както подсказва името, той включва въглеродни влакна - твърдо и леко влакно, използвано в космическото пространство и спорта и направено от тънки въглеродни нишки. Това позволява нишките от въглеродни влакна да произвеждат 3D отпечатани части с изключителна издръжливост, които са все още леки. Но какво точно представлява нишката от въглеродни влакна и защо трябва да се интересуват онези, които участват в 3D принтирането? Да започнем с основите.

История и производство на нишки от въглеродни влакна

Въпреки че нишката от въглеродни влакна за 3D печат едва сега се появява, основите бяха положени в края на 50-те години. Това видя най-ранното изследване на наслояване и тъкане на въглеродни влакна в подсилени смолисти материали. Бързо напред до 1981 г - индустрията произвежда първите композитни велосипеди и стикове за голф, използващи тънки въглеродни влакна за безпрецедентна лека здравина.

през последните години производителите се възползваха от същите тези принципи, за да разработят специални нишки от въглеродни влакна, съвместими с настолни 3D принтери. Производственият процес подравнява дълги нишки от въглеродни влакна в полимерен основен материал като ABS или найлон. След това 3D принтирането изгражда части чрез полагане на материала, в който са въглеродни влакна, слой по слой според дигиталните проекти.

Въглеродните влакна не само повишават здравината и твърдостта, като същевременно намаляват теглото - неговият нисък коефициент на топлинно разширение помага в борбата с изкривяването и проблемите с точността на размерите, свързани с температурните колебания. Тази уникална комбинация от свойства дава възможност за по-функционални 3D отпечатани инструменти в автомобилната, космическата промишленост и дори в спортните стоки, където традиционните материали не достигат.

Видове нишки от въглеродни влакна

Сега, след като разгледахме основите на това как нишките от въглеродни влакна за 3D печат са се развили от композити от аерокосмически клас, нека да разгледаме конкретните типове, налични днес. Има няколко разновидности на ядрото, които се различават по дължината на въглеродните влакна и метода на подсилване.

1. Къса нишка от въглеродни влакна

Както подсказва името, въглеродните влакна, съдържащи се в тази нишка, са малки и обикновено са с дължина около 0,1-0,7 mm. Помислете за къси кичури срещу по-дълги кичури, подобни на коса.

Късата дължина подпомага екструдирането и цялостното качество на печатния процес. Но идва с някои компромиси в сравнение с по-дългите нишки от въглеродни влакна. Положителната страна е, че късите въглеродни влакна се разпръскват равномерно и предвидимо през слоевете за печат без риск от групиране на влакна на петна. Изотропните свойства също означават, че частите имат сходна якост във всички посоки.

Недостатъците на използването на нишка от къси въглеродни влакна включват по-малко драматично увеличаване на якостта в сравнение с други композити, както и по-видими линии на слоеве върху наклонени криви или ъгли. Късите нишки просто имат по-малък потенциал за укрепване от по-дългите варианти.

2. Дълга нишка от въглеродни влакна

Отново верен на името, дългите нишки от въглеродни влакна използват нишки от въглеродни влакна, подобни на коса, с дължина приблизително 6-12 mm. По-дългите влакна позволяват по-голяма армировка, но имат повишен потенциал за неравномерно разпръскване, ако не се оптимизират правилно.

Предимствата включват изключителни съотношения на якост към тегло, отразяващи повече еднопосочна армировка от въглеродни влакна. Анизотропните свойства също означават забележимо увеличение на здравината главно в съответствие с посоката на печатния слой спрямо по-компрометирани свойства при перпендикулярни ъгли. По-малката видимост на слоя също подобрява покритието на повърхността на извивки и висококачествени отпечатъци.

Недостатъците включват предимно повишена грижа за предотвратяване на запушване на дюзата и неравномерно натрупване, когато по-дългите нишки се събират или заплитат. Намирането на оптимални настройки и конфигурации също е по-трудно. Драматичното отклонение на насочената якост изисква да се вземе предвид посоката на натоварване при проектирането на функционални части.

3. Подсилена нишка от въглеродни влакна

Подсилените филаменти от въглеродни влакна използват хибриден подход - вливат базови пластмаси като ABS и найлон с много къси въглеродни влакна за разпръсната здравина, след което добавят допълнителни непрекъснати нишки от въглеродни влакна за още по-голяма армировка.

Това позволява силно механично представяне, подобно на нишките от чисти дълги влакна, благодарение на нишките от ръчни влакна. Но избягва непредсказуеми проблеми със струпването, тъй като основният материал вече има равномерно разпръснато подсилване от къси влакна като основа.

В резултат на това подсилените смеси улесняват печата, като същевременно оптимизират силата и визуалното качество за по-начинаещи потребители. Лекотата наистина идва с някои компромиси в максималната възможна здравина спрямо нишките от чисти дълги влакна. Но за повечето приложения хибридният подход осигурява идеален баланс.

Може ли всеки 3D принтер да използва нишка от въглеродни влакна?

Филаментите от въглеродни влакна може да са специално проектирани за поддръжка на 3D печат, но не всички настолни принтери могат непременно да ги използват извън кутията. Здравият, абразивен материал поставя някои уникални изисквания. Нека разбием факторите за пригодност на принтера и всички модификации, необходими за използване на нишка от въглеродни влакна.

1. Пригодност на принтера за филамент от въглеродни влакна

Благодарение на абразивността на материала и склонността му бавно, но сигурно да разяжда жизненоважни компоненти, нишката от въглеродни влакна изисква принтери, направени със съвместими закалени части, само за да се справят с основната функционалност:

• Дюзи от закалена стомана: Стандартните месингови дюзи се износват бързо при абразия от твърдите въглеродни влакна, рискувайки импеданс или пълна повреда на дюзите. Закалената стомана е почти задължителна.
• Затворена рамка: Откритите тръби на Bowden също се износват с течение на времето, причинявайки проблеми с подаването или неуспешни разпечатки. Затворените рамки предпазват тръбите.
• Подсилена предавка на екструдера: Коравината при подаване изисква зъбни колела на екструдера, изработени от устойчиви на абразия метали, за да поддържат сцепление без оголване.
• Отопляеми легла: Проблемите с изкривяването и адхезията на леглото налагат отопляеми печатни легла, способни на 100 ̊C+ за по-добро сцепление на първия слой.

Принтерите, на които липсват тези минимални спецификации, не могат надеждно да отпечатват функционални части от въглеродни влакна, готови от кутията, без компонентите да се износят до повреда много бързо от абразията.3D принтерите QIDI Tech включват дюзи от месинг и закалена стомана. Това позволява на потребителите да отпечатват стандартни и нишки от въглеродни влакна, без да е необходимо да правят каквито и да е модификации или добавки.

2. Необходими модификации за използване на нишка от въглеродни влакна

За принтери без инсталирани закалени компоненти, но иначе технически способни, всяка надежда не е загубена. Някои модификации позволяват работа с въглеродни влакна:

• Смяна на дюзи: Сменете стандартните дюзи със закалена стомана.
• Боудън и защита на рамката: Добавете предпазни мерки като обшивка към екраниращите тръби и удължители.
• Надстройки на съоръженията за екструдер: Разменете стандартните предавки с метални алтернативи в дългосрочен план.
• Подготовка на повърхността: Допълнителните адхезионни решения понякога могат да компенсират липсата на отопляеми легла.

С грижи и постепенни надстройки за защита на компонентите, които се износват най-много, печатът от въглеродни влакна става по-жизнеспособен.Но за най-лесни резултати и устойчива надеждност, изборът на специално създадени настолни принтери с интегрирана вградена защита премахва неприятностите и разочарованието при работа с нишки от темпераментни въглеродни влакна.

Защо да изберете нишка от въглеродни влакна за 3D печат?

Сега, след като разгледахме производствените процеси, видовете нишки от въглеродни влакна и съображенията за съвместимост с принтера, нека проучим точката на вземане на решение - защо да използвате нишка от въглеродни влакна спрямо по-традиционните материали за 3D печат? Какви уникални предимства и недостатъци идват с нишките от подсилени въглеродни влакна?

1. Предимства от използването на нишка от въглеродни влакна

Композитите от въглеродни влакна носят четири основни предимства, несравними с базовите пластмаси:

• Сила и твърдост:Със съотношения на якост към тегло, надвишаващи дори метали като стомана и алуминий с до 5 пъти, частите с отпечатани въглеродни влакна предлагат забележителна издръжливост и устойчивост на натоварване, като същевременно запазват много лека обща маса.
• Стабилност на размерите: Изключително нисък коефициент на термично разширение, благодарение на твърдата армировка от въглеродни влакна, означава, че отпечатаните части поддържат точни толеранси при широка делта от околни температури, без да се разширяват или свиват с повече от 1%.
• Визуално качество: Нишките от въглеродни влакна подобряват сцеплението на първия слой и последващата адхезия между печатните слоеве. Това допълва стабилността на размерите с великолепно визуално качество на свързване на слоя без видими стъпала и подобрени повърхностни покрития.
• Устойчивост на топлина и пламък: Вече използван в космическите и моторни спортове, високата химическа устойчивост на въглеродните влакна се превръща в печатни части, издържащи на изключително високи температури, надвишаващи 150°C, преди да омекнат, както и незапалими характеристики.

От използване на изключително лека здравина до устойчивост на температура или химическо разграждане, нишките от въглеродни влакна позволяват приложения далеч отвъд стандартните PLA и ABS отпечатва чрез свойства, които просто не се срещат в домакинските пластмаси.

2. Недостатъци на нишката от въглеродни влакна

Въпреки това, реализирането на тези желани предимства на производителността идва с някои практически недостатъци, които също трябва да имате предвид:

• Абразивност: Здравите нишки от въглеродни влакна бързо разяждат дюзи, зъбни колела и компоненти, които не са специално закалени, ограничавайки широката съвместимост на принтера и дълготрайността на частите.
• Чупливост и твърдост: Въпреки че са здрави и твърди, композитите от въглеродни влакна нямат гъвкавост и устойчивост на удар, за сравнение внезапно се провалят при твърде много сила, вместо да се огъват временно като ABS или найлон.
• Проводимост: Високата термична и електрическа проводимост може да усложни затвореното печатане при отсъствие на термоконтрол, рискувайки прегряване или късо съединение.

Със своята интелигентна армировка от влакна, минимизираща изкривяването, ниска абсорбция на влага и плътност, плюс устойчивост на износване, Филамент от въглеродни влакна PA12-CF на QIDI Tech осигурява отлично решение на проблемите с крехкостта, топлопроводимостта и абразивността, пред които са изправени стандартните въглеродни композити. Това позволява улавяне на повече от споменатите предимства с по-малко от типичните недостатъци.

Съвети за 3D печат с филамент от въглеродни влакна

Разгледахме предисторията, видовете, факторите за пригодност и компромисите на нишките от подсилени въглеродни влакна. Сега нека да разгледаме успешното отпечатване с този специален материал с помощта на настолни 3D принтери.Следвайте тези съвети и най-добри практики за плавно и ефективно използване на нажежаема жичка от въглеродни влакна.

• Бавният печат намалява: Твърдият материал не тече лесно, така че намалете скоростите с 30-50%, за да улесните екструдирането. 45-80 mm/s работи добре.
• Максимални температури на печат:Топлината омекотява потока на нажежаема жичка от дюзата, така че натиснете до горните граници на рейтинга за безопасност на вашия горещ край за по-лесно екструдиране, без да рискувате задръствания. 250‒320 ̊C е идеална.
• Затворена отопляема камера: Изолирайте зоната за печат и вкарайте допълнителна топлина, за да поддържате високи температури на околната среда. 3D принтери QIDI Tech разполагат с усъвършенствана затворена камера с активен контрол на отоплението. Това допълнително улеснява потока и предотвратява изкривяването на частите. Препоръчва се 50-80 ̊C.
• Активиране на настройките за оттегляне:Издърпайте леко нишката назад между пътуванията за печат, за да смекчите проблемите с нанизването, произтичащи от излишното изтичане, което е често срещано при твърдите композити.
• Перфектно ниво на леглото: Проверете отново смачкването на първия слой и нивелирането на платформата, за да осигурите правилна адхезия за намаленото сцепление на леглото на въглеродните влакна спрямо други пластмаси.

Вземете фактор в променливите от науката за материалите зад въглеродните влакна, итерирайте въз основа на тестови отпечатъци и постигането на красиви здрави подсилени отпечатъци става по-лесно с времето чрез практика.

Отключете потенциала на въглеродните влакна за вашите нужди от 3D печат!

Въглеродните влакна отварят нови възможности за 3D печат за леки, издръжливи, топлоустойчиви части, невъзможни с обикновените пластмаси. Въпреки че не е толкова просто като стандартните материали, въглеродните влакна отварят врати за разработване на персонализирани решения, отговарящи на конкретни изисквания, които основната пластмаса не може да постигне. Когато се появят повече подсилени нишки, възползвайте се от проучване на опции, надграждане на принтери, оптимизиране на профили чрез повторение и в крайна сметка откриване на идеалните параметри за нуждите на вашето приложение.

Често задавани въпроси относно филамент от въглеродни влакна за 3D печат

Въпрос: Колко силна е нишката от въглеродни влакна?

A: Нишката от въглеродни влакна може да бъде 5 пъти по-здрава от стомана и алуминий по тегло. Частите, отпечатани с нишка от въглеродни влакна, предлагат изключителна издръжливост и устойчивост на натоварване, като същевременно запазват много лека обща маса.

Въпрос: Как съхранявате нишките от въглеродни влакна?

О: Съхранявайте нишката от въглеродни влакна на хладно и сухо място, далеч от влага. Идеалните условия за съхранение са около 18-25°C и 35-55% относителна влажност. Избягвайте температурни колебания и излагане на пряка слънчева светлина.

В: 3D отпечатаните въглеродни влакна по-добри ли са от ABS?

О: Да, нишката от въглеродни влакна обикновено е по-здрава и по-твърда от ABS пластмасата. Освен това има по-ниско топлинно разширение, по-добра устойчивост на топлина и подобрено визуално качество с по-малко видими линии на слоя. Компромисът е, че въглеродните влакна са по-крехки.

Въпрос: Заслужава ли си 3D печатането с въглеродни влакна?

О: За приложения, които се нуждаят от висока якост, ниско тегло, стабилност на размерите и устойчивост на топлина, въглеродните влакна могат да позволят решения, които не са възможни с обикновените пластмаси, така че си струва да ги проучите. Това изисква по-оптимизирани принтери и настройки за набиране.

В: Безопасно ли е да печатате върху въглеродни влакна?

О: С подходяща дюза и подобрения на машината за работа с абразивния материал, печатането на въглеродни нишки е безопасно. Препоръчва се подходяща вентилация, както при всеки материал за 3D печат.

Въпрос: Нишката от въглеродни влакна по-здрава ли е от PLA?

О: Да, нишките, подсилени с въглеродни влакна, са много по-здрави от стандартния PLA по отношение на якост на опън, твърдост и максимален капацитет на натоварване.

Прочетете повече

• Нови филаменти QIDI
• Видове нишки за 3D принтер: Пълно ръководство (2024)
• Филамент за 3D принтер срещу смола: Ръководство за начинаещи