3D -printimine süsinikkiu hõõgniidiga: ülim juhend

Süsinikkiust filament on uudne materjal, mis teeb laineid 3D-printimises ja lisandite tootmises. Nagu nimigi ütleb, sisaldab see süsinikkiudu – tahket ja kerget kiudu, mida kasutatakse lennunduses ja spordis ning mis on valmistatud õhukestest süsinikkiududest. See võimaldab süsinikkiust filamendi abil toota 3D-prinditud osi, mis on erakordselt vastupidavad ja samas kerged. Aga mis täpselt on süsinikkiust filament ja miks peaksid 3D-printimisega tegelevad inimesed sellest hoolima? Alustame põhitõdedest.

Süsinikkiust hõõgniidi ajalugu ja tootmine

Kuigi 3D-prinditav süsinikkiust filament on alles tekkimas, pandi alused tagasi 1950. aastate lõpus. See nägi kõige varem süsinikkiu kihistamise ja kudumise uurimist tugevdatud vaigumaterjalidesse. Kiirelt edasi aastasse 1981 - tööstusharu tootis esimesed komposiitmaterjalist jalgrattad ja golfikepid, kasutades enneolematu kerge tugevuse saavutamiseks õhukesi süsinikkiude.

Viimastel aastatel tootjad on neid samu põhimõtteid rakendanud, et arendada spetsiaalseid süsinikkiust filamente, mis ühilduvad lauaarvutite 3D-printeritega. Tootmisprotsessi käigus joondatakse pikad süsinikkiust kiud polümeersesse alusmaterjali, näiteks ABS-i või nailonisse. Seejärel ehitatakse 3D-printimise teel osad, asetades süsinikkiuga immutatud materjali kiht kihi haaval vastavalt digitaalsetele disainilahendustele.

Süsinikkiud mitte ainult ei suurenda tugevust ja jäikust, vähendades samal ajal kaalu - selle madal soojuspaisumistegur aitab võidelda temperatuurikõikumistega seotud deformatsiooni ja mõõtmete täpsusega. See ainulaadne omaduste kombinatsioon võimaldab funktsionaalsemaid 3D-prinditud tööriistu autotööstuses, lennunduses ja isegi spordikaupades, kus traditsioonilised materjalid on ebaefektiivsed.

Süsinikkiust hõõgniidi tüübid

Nüüd, kui oleme käsitlenud 3D-prinditava süsinikkiust filamendi arengu põhitõdesid kosmosekvaliteediga komposiitidest, vaatame üle tänapäeval saadaolevad tüübid. Süsinikkiu pikkuse ja tugevdusmeetodi järgi on erinevad südamikutüübid.

1. Lühike süsinikkiust filament

Nagu nimigi ütleb, Selles filamendis sisalduvad süsinikkiud on väikesed ja nende pikkus on üldiselt umbes 0,1–0,7 mm. Mõtle lühikestele salkudele versus pikematele juuksetaolistele salkudele.

Lühike pikkus parandab ekstrusiooni ja üldist trükiprotsessi kvaliteeti. Kuid sellel on pikemate süsinikkiust filamentidega võrreldes teatud kompromisse. Positiivse poole pealt hajub lühike süsinikkiud trükikihtides ühtlaselt ja prognoositavalt, ilma et kiud koguneksid laikudeks. Isotroopsed omadused tähendavad ka seda, et osadel on igas suunas sarnane tugevus.

Lühikese süsinikkiust filamendi kasutamise puudusteks on väiksem tugevuse kasv võrreldes teiste komposiitidega, samuti nähtavamad kihijooned kaldus kurvides või nurkades. Lühikestel filamentidel on lihtsalt vähem tugevdavat potentsiaali kui pikematel variantidel.

2. Pikk süsinikkiust filament

Jällegi nimele truu, Pikad süsinikkiust niidid kasutavad umbes 6–12 mm pikkuseid juuksetaolisi süsinikkiust niite. Pikemad kiud võimaldavad suuremat tugevdust, kuid kui neid ei optimeerita õigesti, on neil suurem potentsiaal ebaühtlaseks hajumiseks.

Plusside hulka kuulub erakordne tugevuse ja kaalu suhe, mis peegeldab ühesuunalisemat süsinikkiust tugevdust. Anisotroopsed omadused tähendavad ka märkimisväärset tugevuse suurenemist peamiselt trükikihi suunaga võrreldes nõrgemate omadustega risti asetsevate nurkade korral. Väiksem kihtide nähtavus parandab ka pinnaviimistlust kõveratel ja kvaliteetsetel prinditud pindadel.

Miinused hõlmavad peamiselt suuremat hooldust, et vältida düüside ummistumist ja ebaühtlast kokkukleepumist, kui pikemad kiud kimbutavad või sassi lähevad. Optimaalsete sätete ja konfiguratsioonide leidmine on samuti keerulisem. Drastiline suunatud tugevuse kallutatus nõuab funktsionaalsete osade projekteerimisel koormuse suuna arvestamist.

3. Tugevdatud süsinikkiust filament

Tugevdatud süsinikkiust niidid kasutavad hübriidset lähenemisviisi – baasplastid, nagu ABS ja nailon, segatakse väga lühikeste süsinikkiududega hajutatud tugevuse saavutamiseks ning seejärel lisatakse veelgi tugevamaks muutmiseks täiendavaid pidevaid süsinikkiust niite.

See võimaldab tänu käsitsi valmistatud kiudkiududele tugevat mehaanilist jõudlust, mis sarnaneb puhaste pikkade kiudfilamentidega. Kuid see väldib ettearvamatuid klombiprobleeme, kuna alusmaterjalil on juba ühtlaselt jaotatud lühikeste kiudude tugevdus.

Selle tulemusena Tugevdatud segud hõlbustavad printimist, optimeerides samal ajal tugevust ja visuaalset kvaliteeti algajatele kasutajatele. Lihtsusega kaasnevad teatud kompromissid maksimaalse võimaliku tugevuse ja puhaste pikkade kiudfilamentide vahel. Kuid enamiku rakenduste jaoks pakub hübriidlähenemine ideaalset tasakaalu.

Kas iga 3D-printer saab kasutada süsinikkiust filamenti?

Süsinikkiust filamendid võivad olla spetsiaalselt 3D-printimise toetamiseks konstrueeritud, kuid mitte kõik lauaarvutid ei saa neid tingimata kohe karbist välja võttes kasutada. See vastupidav ja abrasiivne materjal esitab mõningaid unikaalseid nõudmisi. Vaatleme printeri sobivuse tegureid ja kõiki süsinikkiust filamendi kasutamiseks vajalikke muudatusi.

1. Printeri sobivus süsinikkiust hõõgniidile

Tänu materjali abrasiivsusele ja kalduvusele aeglaselt, kuid kindlalt olulisi komponente lagundama, vajavad süsinikkiust filamentprinterid, mis on valmistatud ühilduvate karastatud osadega, et täita ainult põhifunktsioone:

• Karastatud terasest otsikud: Standardsed messingist otsikud kuluvad jäikade süsinikkiudude hõõrdumise tõttu kiiresti, mis võib põhjustada impedantsi või otsiku täieliku rikke. Karastatud teras on peaaegu hädavajalik.
• Suletud raam: Ka paljastunud Bowdeni torud kuluvad aja jooksul, põhjustades söötmisprobleeme või printimise ebaõnnestumisi. Suletud raamid kaitsevad torusid.
• Tugevdatud ekstruuderi käik: Söötmisjäikuse tagamiseks on vaja kulumiskindlatest metallidest ekstruuderi hammasrattaid, et säilitada haarduvus ilma kahjustusteta.
• Soojendusega voodid: Kõverdumise ja aluspinna haardumisega seotud probleemid nõuavad parema esimese kihi haarduvuse saavutamiseks kuumutatud trükialuseid, mille temperatuur on üle 100 °C.

Printeritel, millel need miinimumnõuded puuduvad, ei saa funktsionaalseid süsinikkiust osi kohe karbist võttes usaldusväärselt printida ilma, et komponendid hõõrdumise tõttu väga kiiresti rikkeni läheksid.QIDI Tech 3D-printeritel on nii messingist kui ka karastatud terasest otsikud. See võimaldab kasutajatel printida standardseid ja süsinikkiust filamente ilma muudatuste või täiendusteta.

2. Süsinikkiust hõõgniidi kasutamiseks vajalikud muudatused

Printerite puhul, millel pole paigaldatud tugevdatud komponente, kuid mis muidu on tehniliselt võimekad, pole kõik lootus kadunud. Mõned modifikatsioonid võimaldavad töötada süsinikkiuga:

• Düüside vahetused: Asendage standardsed otsikud karastatud terasega.
• Bowdeni ja raami kaitse: Lisage ettevaatusabinõusid, näiteks varjestustorude ja pikenduste jaoks.
• Ekstruuderi käigukasti uuendused: Pikaajaliselt vahetage standardsed hammasrattad metallrataste vastu.
• Pinna ettevalmistus: Täiendavad adhesioonilahendused võivad mõnikord kompenseerida soojendusega voodite puudumist.

Kõige kuluvamate komponentide kaitsmiseks hoolikalt ja järkjärguliste uuendustega muutub süsinikkiust printimine elujõulisemaks. Kuid lihtsaimate tulemuste ja püsiva töökindluse saavutamiseks eemaldab integreeritud kaitsega spetsiaalselt ehitatud lauaarvutite valimine vaeva ja frustratsiooni, mis tekib kapriissete süsinikkiust filamentidega töötamisel.

Miks valida 3D-printimiseks süsinikkiust filament?

Nüüd, kui oleme käsitlenud tootmisprotsesse, süsinikkiust filamentide tüüpe ja printeri ühilduvuse kaalutlusi, uurime otsustuspunkti - Miks kasutada süsinikkiust filamenti võrreldes traditsiooniliste 3D-printimismaterjalidega? Millised on tugevdatud süsinikkiust filamentide ainulaadsed eelised ja puudused?

1. Süsinikkiust hõõgniidi kasutamise eelised

Süsinikkiust komposiitidel on neli peamist eelist, millele tavalistel plastidel pole võrdset:

• Tugevus ja jäikus:Süsinikkiust trükitud osad pakuvad märkimisväärset vastupidavust ja koormustaluvust, säilitades samal ajal väga kerge üldmassi, kuna tugevuse ja kaalu suhe ületab isegi metalle, nagu teras ja alumiinium, kuni 5 korda.
• Mõõtmete stabiilsus: Äärmiselt madal soojuspaisumistegur tänu jäigale süsinikkiust tugevdusele tähendab, et trükitud osad säilitavad täpsed tolerantsid laias ümbritseva õhu temperatuuri vahemikus, ilma et nad paisuksid või kahaneksid rohkem kui 1%.
• Visuaalne kvaliteet: Süsinikkiud parandavad esimese kihi haarduvust ja järgnevat nakkumist trükikihtide vahel. See täiendab mõõtmete stabiilsust suurepärase visuaalse kihtide liimimise kvaliteediga, millel puuduvad nähtavad astmed, ja parema pinnaviimistlusega.
• Kuumus- ja leegikindlus: Süsinikkiudu, mida on juba kasutatud lennunduses ja motospordis, saab tänu oma kõrgele keemilisele vastupidavusele muuta trükitud osadeks, mis taluvad enne pehmenemist äärmiselt kõrgeid temperatuure üle 150 °C ning on samuti mittesüttivad.

Alates äärmise kerge tugevuse ärakasutamisest kuni temperatuuri- või keemilise lagunemise vastupidavuseni võimaldavad süsinikkiust filamendid rakendusi, mis ületavad tavapäraseid valdkondi. PLA ja ABS prindib läbi omaduste, mida kodumajapidamises kasutatavatel plastidel lihtsalt ei leidu.

2. Süsinikkiust filamendi puudused

Nende ihaldatud jõudluse eeliste realiseerimisel on aga ka mõned praktilised puudused, mida tuleks arvestada:

• Abrasiivsus: Vastupidavad süsinikkiust kiud söövitavad kiiresti düüse, hammasrattaid ja komponente, mis pole spetsiaalselt karastatud, piirates printeri laialdast ühilduvust ja osade pikaealisust.
• Rabedus ja jäikus: Kuigi süsinikkiust komposiidid on tugevad ja jäigad, puudub neil paindlikkus ja löögikindlus, võrdluseks purunevad nad liiga suure jõu all äkki, selle asemel et ajutiselt painduda nagu ABS või nailon.
• Juhtivus: Kõrge soojus- ja elektrijuhtivus võib termilise juhtimise puudumisel suletud printimist keeruliseks muuta, põhjustades ülekuumenemise või lühise ohtu.

Tänu nutikale kiudtugevdusele, mis minimeerib deformatsiooni, on sellel madal niiskuseimavus ja tihedus ning lisaks on see kulumiskindel. QIDI Techi PA12-CF süsinikkiust filament pakub suurepärast lahendust standardsete süsinikkomposiitide rabeduse, soojusjuhtivuse ja abrasiivsusega seotud probleemidele. See võimaldab saavutada rohkem mainitud eeliseid vähemate tüüpiliste puudustega.

Näpunäited 3D-printimiseks süsinikkiust filamendiga

Oleme käsitlenud tugevdatud süsinikkiust filamentide tausta, tüüpe, sobivustegureid ja kompromisse. Nüüd vaatame lähemalt, kuidas selle spetsiaalse materjaliga edukalt printida lauaarvutite 3D-printerite abil. Süsinikkiust filamendi sujuvaks ja tõhusaks kasutamiseks järgige neid näpunäiteid ja parimaid tavasid.

• Aeglane printimiskiirus langeb: Jäik materjal ei voola kergesti, seega vähendage ekstrusiooni hõlbustamiseks kiirust 30–50%. 45–80 mm/s töötab hästi.
• Maksimeerige printimistemperatuure:Kuumus pehmendab otsikust tulevat niidivoogu, seega lükake oma kuuma otsa ohutusreitingu ülempiirini, et hõlbustada ekstrusiooni ilma ummistusteta. 250–320 °C on ideaalne.
• Suletud soojendusega kamber: Isoleerige trükiala ja kasutage lisakütet, et hoida ümbritseva õhu temperatuur kõrge. QIDI Tech 3D-printerid on varustatud täiustatud suletud kambriga, millel on aktiivne küttekontroll. See lihtsustab veelgi voolavust ja hoiab ära detailide deformeerumise. Soovitatav on temperatuur 50–80 °C.
• Luba tagasivõtmise sätted:Tõmmake niiti printimiskäikude vahel veidi tagasi, et vähendada jäikade komposiitide puhul levinud liigsest immitsemisest tulenevaid nöörimisprobleeme.
• Tasane voodi ideaalselt: Kontrollige uuesti esimese kihi kokkusurumist ja platvormi tasandamist, et tagada süsinikkiu vähenenud haarduvuse korral aluspinnal võrreldes teiste plastidega.

Arvestage süsinikkiu materjaliteaduse muutujatega, korrake testprintide põhjal ja ilusate, tugevate ja tugevdatud printide saavutamine muutub harjutamise kaudu aja jooksul lihtsamaks.

Ava süsinikkiu potentsiaal oma 3D-printimise vajaduste jaoks!

Süsinikkiud avab uusi 3D-printimise võimalusi kergete, vastupidavate ja kuumakindlate osade jaoks, mis tavaliste plastidega võimatud on. Kuigi süsinikkiud pole nii lihtne kui standardmaterjalid, avab see uksed kohandatud lahenduste väljatöötamiseks, mis vastavad konkreetsetele nõudmistele, mida põhiplastid ei suuda täita. Tugevdatud filamentide ilmudes kasutage neid ära, uurides võimalusi, täiustades printereid, optimeerides profiile korduse abil ja leides lõpuks oma rakenduse vajadustele sobivad parameetrid.

KKK 3D-printimiseks mõeldud süsinikkiust hõõgniidi kohta

K: Kui tugev on süsinikkiust filament?

A: Süsinikkiust filament võib olla kaalult 5 korda tugevam kui teras ja alumiinium. Süsinikkiust filamendiga trükitud detailid pakuvad erakordset vastupidavust ja koormuskindlust, säilitades samal ajal väga kerge üldmassi.

K: Kuidas süsinikkiust filamente säilitada?

A: Hoidke süsinikkiust filamenti jahedas, kuivas ja niiskuse eest kaitstult. Ideaalsed säilitustingimused on umbes 18–25 °C ja suhteline õhuniiskus 35–55%. Vältige temperatuurikõikumisi ja otsest päikesevalgust.

K: Kas 3D-prinditud süsinikkiud on parem kui ABS?

V: Jah, süsinikkiust filament on üldiselt tugevam ja jäigem kui ABS-plastik. Sellel on ka väiksem soojuspaisumine, parem kuumakindlus ja parem visuaalne kvaliteet vähem nähtavate kihijoontega. Kompromiss on see, et süsinikkiud on hapram.

K: Kas süsinikkiust 3D-printimine on seda väärt?

A: Rakenduste puhul, mis vajavad suurt tugevust, väikest kaalu, mõõtmete stabiilsust ja kuumakindlust, pakub süsinikkiud lahendusi, mis tavaliste plastidega pole võimalikud, seega tasub seda uurida. See nõuab aga optimeeritumaid printereid ja täpsemaid seadeid.

K: Kas süsinikkiule on ohutu printida?

A: Sobivate otsikute ja masina täiustustega abrasiivse materjali käsitsemiseks on süsinikkiust filamendi printimine ohutu. Nagu iga 3D-printimismaterjali puhul, on soovitatav korralik ventilatsioon.

K: Kas süsinikkiust filament on PLA-st tugevam?

V: Jah, süsinikkiuga tugevdatud filamendid on tõmbetugevuse, jäikuse ja maksimaalse kandevõime poolest palju tugevamad kui tavalised PLA-d.

Loe edasi

• QIDI uued filamendid
• 3D-printeri hõõgniidi tüübid: täielik juhend (2024)
• 3D-printeri filament vs vaik: algajate juhend