3D nyomtatás szénszálas izzószálakkal: Ultimate Guide

A szénszálas filament egy újszerű anyag, amely hullámokat kelt a 3D nyomtatásban és az additív gyártásban. Ahogy a neve is sugallja, szénszálat tartalmaz – egy szilárd és könnyű szálat, amelyet repülésben és sportban használnak, és vékony szénszálakból készülnek. Ez lehetővé teszi, hogy a szénszálas szálak kivételes tartósságú, 3D-nyomtatott alkatrészeket állítsanak elő, amelyek még mindig könnyűek. De mi is pontosan a szénszálas filamentum, és miért érdemes törődni a 3D nyomtatással foglalkozóknak? Kezdjük az alapokkal.

A szénszálas filament története és gyártása

Míg a 3D-s nyomtatható szénszálas filamentum még csak most alakul ki, az alapokat lefektették az 1950-es évek végén. Ez volt a legkorábbi kutatása a szénszál rétegezésének és megerősített gyanta anyagokká történő szövésének lehetőségében. Gyorsan előre 1981-re - az iparág elkészítette a legelső kompozit kerékpárokat és golfütőket, amelyek vékony szénszálakat használnak a példátlanul könnyű szilárdság érdekében.

Az elmúlt években A gyártók ugyanezeket az elveket alkalmazták az asztali 3D nyomtatókkal kompatibilis speciális szénszálas szálak kifejlesztéséhez. A gyártási folyamat során a hosszú szénszálas szálakat egy polimer alapanyagba, például ABS-be vagy nejlonba igazítják. A 3D nyomtatás ezután részeket épít fel úgy, hogy a szénszálas anyagokat rétegről rétegre fekteti le digitális tervek szerint.

A szénszál nemcsak megerősíti az erőt és a merevséget, miközben csökkenti a súlyt - alacsony hőtágulási együtthatója segít leküzdeni a deformációt és a hőmérséklet-ingadozásokkal kapcsolatos méretpontossági problémákat. A tulajdonságoknak ez az egyedülálló keveréke funkcionálisabb 3D-nyomtatott szerszámokat tesz lehetővé az autóiparban, a repülőgépiparban és még a sportszerekben is, ahol a hagyományos anyagok elmaradnak.

A szénszálas szálak típusai

Most, hogy áttekintettük a 3D-nyomtatással nyomtatható szénszálas szálak repülőgép-ipari kompozitokból való kifejlődésének alapjait, nézzük meg a ma elérhető konkrét típusokat. Van néhány magfajta, amelyet a szénszál hossza és a megerősítési módszer különböztet meg.

1. Rövid szénszálas szál

Ahogy a név is sugallja, az izzószálban található szénszálak kicsik, és általában 0,1-0,7 mm hosszúak. Gondoljon a rövid tincsekre a hosszabb hajszerű tincsekkel szemben.

A rövid hosszúság elősegíti az extrudálást és az általános nyomtatási folyamat minőségét. Ez azonban néhány kompromisszumot tartalmaz a hosszabb szénszálas szálakhoz képest. Pozitívum, hogy a rövid szénszál egyenletesen és kiszámíthatóan oszlik el a nyomtatási rétegekben anélkül, hogy a szálak foltokban csomósodnának. Az izotróp tulajdonságok azt is jelentik, hogy az alkatrészek minden irányban hasonló erősséggel rendelkeznek.

A rövid szénszálas szál használatának hátrányai közé tartozik a kevésbé drámai szilárdságnövekedés más kompozitokhoz képest, valamint a lejtős íveken vagy szögekben láthatóbb rétegvonalak. A rövid szálak egyszerűen kevesebb megerősítő potenciállal rendelkeznek, mint a hosszabb opciók.

2. Hosszú szénszálas filamentum

Ismét a névhez hűen, A hosszú szénszálas szálak több, nagyjából 6-12 mm hosszúságú, hajszerű szénszálat használnak fel. A hosszabb szálak nagyobb megerősítést tesznek lehetővé, de megnövekedett az egyenetlen szétszóródás lehetősége, ha nem megfelelően optimalizálják őket.

Az előnyök közé tartozik a kivételes szilárdság-tömeg arány, amely az egyirányúbb szénszál-erősítést tükrözi. Az anizotróp tulajdonságok jelentős szilárdságnövekedést is jelentenek, főként a nyomtatási réteg irányával összhangban, szemben a merőleges szögek esetén gyengébb tulajdonságokkal. A rétegek kisebb láthatósága javítja a felületkezelést a íveken és a kiváló minőségű nyomatokon.

A hátrányok elsősorban a fokozott odafigyelést jelentik a fúvókák eltömődésének és egyenetlen csomósodásának elkerülése érdekében, amikor a hosszabb szálak csomósodnak vagy összegabalyodnak. Az optimális beállítások és konfigurációk megtalálása is bonyolultabb. A drámai irányszilárdság-eltolódás miatt figyelembe kell venni a terhelés irányát a funkcionális alkatrészek tervezésekor.

3. Megerősített szénszálas filamentum

A megerősített szénszálas szálak hibrid megközelítést alkalmaznak – az alapvonalú műanyagokat, például az ABS-t és a nejlont nagyon rövid szénszálakkal töltik be a szétszórt szilárdság érdekében, majd további folytonos szénszálas szálakat adnak hozzá a még erősebb megerősítés érdekében.

Ez a kézi szálszálaknak köszönhetően erős mechanikai teljesítményt tesz lehetővé, amely hasonló a tiszta hosszú rostszálakhoz. Ezzel azonban elkerülhető az előre nem látható csomósodás, mivel az alapanyag már egyenletesen eloszlatott rövidszálas erősítést tartalmaz alapként.

Ennek eredményeként a megerősített keverékek megkönnyítik a nyomtatást, miközben optimalizálják az erőt és a vizuális minőséget a kezdő felhasználók számára. A könnyedség bizonyos kompromisszumokkal jár a lehető legnagyobb szilárdság tekintetében a tiszta hosszú rostszálakkal szemben. A legtöbb alkalmazásnál azonban a hibrid megközelítés ideális egyensúlyt teremt.

Bármely 3D nyomtató használhat szénszálas filamentet?

A szénszálas filamenteket speciálisan a 3D nyomtatás támogatására tervezték, de nem minden asztali nyomtató képes feltétlenül használni őket a dobozból. A szívós, csiszolóanyag egyedi igényeket támaszt. Soroljuk fel a nyomtató alkalmassági tényezőit és a szénszálas szál használatához szükséges módosításokat.

1. A nyomtató alkalmassága szénszálas filamenthez

Az anyag koptatóképességének és a létfontosságú alkatrészek lassú, de biztosan erodálására való hajlamának köszönhetően a szénszálas szálak kompatibilis edzett részekkel készült nyomtatókat igényelnek, csak az alapvető funkciók kezeléséhez:

• Edzett acél fúvókák: A szabványos sárgaréz fúvókák gyorsan elhasználódnak a merev szénszálak által okozott kopás hatására, ami az impedanciát vagy a fúvóka teljes meghibásodását kockáztatja. Az edzett acél nem kötelező.
• Zárt keret: A szabaddá tett Bowden csövek idővel elhasználódnak, adagolási problémákat vagy sikertelen nyomatokat okozva. A zárt keretek védik a csöveket.
• Megerősített extruder felszerelés: Az adagolási merevséghez kopásálló fémből készült extruder fogaskerekek szükségesek a tapadás megőrzése érdekében lecsupaszítás nélkül.
• Fűtött ágyak: A vetemedés és az ágytapadási problémák fűtött, 100 ̊C+-ra is képes nyomtatóágyakat tesznek szükségessé a jobb első réteg tapadása érdekében.

Azok a nyomtatók, amelyek nem rendelkeznek ezekkel a minimális specifikációkkal, nem képesek megbízhatóan kinyomtatni a funkcionális szénszálas alkatrészeket anélkül, hogy az alkatrészek a kopás következtében nagyon gyorsan meghibásodnának.A QIDI Tech 3D nyomtatók sárgaréz és edzett acél fúvókákat is tartalmaznak. Ez lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy szabványos és szénszálas filamenteket nyomtassanak anélkül, hogy bármilyen módosítást vagy kiegészítést kellene végrehajtaniuk.

2. A szénszálas filamentum használatához szükséges módosítások

A keményített alkatrészeket nem tartalmazó, de egyébként műszakilag alkalmas nyomtatók esetében nincs veszve minden remény. Néhány módosítás lehetővé teszi a szénszálas munkavégzést:

• Fúvókák cseréje: Cserélje ki a szabványos fúvókákat edzett acélra.
• Bowden és keretvédelem: Adjon hozzá olyan óvintézkedéseket, mint a hüvelyek az árnyékolócsövekhez és a hosszabbítókhoz.
• Extruder Gear frissítések: Cserélje ki a szabványos fogaskerekeket hosszú távon fém alternatívára.
• Felület előkészítés: A fűtött ágyak hiányát esetenként kiegészítő tapadási megoldások is kompenzálhatják.

A legnagyobb kopásnak tűnő alkatrészek védelme érdekében végzett gondossággal és fokozatos fejlesztésekkel a szénszálas nyomtatás életképesebbé válik.A legkönnyebb eredmények és a tartós megbízhatóság érdekében azonban a beépített védelemmel ellátott, erre a célra épített asztali nyomtatók választása megszünteti a fáradtságot és a frusztrációt, amikor temperamentumos szénszálas szálakkal dolgozik.

Miért válassza a szénszálas filamentet 3D nyomtatáshoz?

Most, hogy kitértünk a gyártási folyamatokra, a szénszálas szálak típusaira és a nyomtatókompatibilitási szempontokra, vizsgáljuk meg a döntési pontot – miért használjunk szénszálas filamentet a hagyományos 3D nyomtatási anyagokkal szemben? Milyen egyedi előnyökkel és hátrányokkal jár a megerősített szénszálas szál?

1. A szénszálas filamentum használatának előnyei

A szénszálas kompozitok négy fő előnnyel rendelkeznek, amelyekhez az alapszintű műanyagokhoz nincs párja:

• Erő és merevség:A szilárdság/tömeg arány akár ötszörösére meghaladja az olyan fémeket, mint az acél és az alumínium, a szénszálas nyomtatott alkatrészek figyelemre méltó tartósságot és terhelésállóságot biztosítanak, miközben megtartják a nagyon könnyű össztömeget.
• Méretstabilitás: A merev szénszálas erősítésnek köszönhetően rendkívül alacsony hőtágulási együttható azt jelenti, hogy a nyomtatott részek precíz tűréseket tartanak fenn a környezeti hőmérséklet széles delta tartományában anélkül, hogy 1%-nál nagyobb mértékben tágulnának vagy zsugorodnának.
• Vizuális minőség: A szénszálas szálak fokozzák az első réteg tapadását és az ezt követő tapadást a nyomatrétegek között. Ez kiegészíti a méretstabilitást a gyönyörű vizuális rétegragasztási minőséggel, amely nélkülözi a látható lépcsőket és a jobb felületi minőséget.
• Hő- és lángállóság: A repülésben és a motorsportban már használt szénszál magas vegyszerállósága olyan nyomtatott alkatrészekké alakul, amelyek ellenállnak a rendkívül magas, 150 °C-ot meghaladó hőmérsékletnek a lágyulás előtt, valamint nem gyúlékony tulajdonságokkal rendelkeznek.

Az extrém könnyű szilárdság kihasználásától a hőmérsékleti vagy vegyi lebomlásnak ellenállóig, a szénszálas szálak a gyakorlatiasságon túlmutató alkalmazásokat is lehetővé teszik PLA és ABS olyan tulajdonságokon keresztül nyomtat, amelyek egyszerűen nem találhatók meg a háztartási műanyagokban.

2. A szénszálas filament hátrányai

Az áhított teljesítményelőnyök felismerése azonban néhány gyakorlati hátrányt is figyelembe vesz:

• Kopásállóság: A masszív szénszálas szálak gyorsan erodálják a fúvókákat, a fogaskerekeket és a nem speciálisan edzett alkatrészeket, ami korlátozza a nyomtató kompatibilitását és az alkatrészek hosszú élettartamát.
• Törékenység és merevség: Míg az erős és merev, a szénszálas kompozitokból hiányzik a rugalmasság és az ütésállóság, ehhez képest túl nagy erő hatására hirtelen meghibásodnak, nem pedig ideiglenesen meghajlanak, mint az ABS vagy nejlon.
• Vezetőképesség: A magas hő- és elektromos vezetőképesség bonyolíthatja a zárt nyomtatást hőszabályozás hiányában, ami túlmelegedést vagy rövidzárlatot okozhat.

Intelligens szálerősítésének köszönhetően minimálisra csökkenti a vetemedést, alacsony a nedvességfelvétel és a sűrűség, valamint a kopásállóság A QIDI Tech PA12-CF szénszálas filamentje kiváló megoldást kínál a szabványos szénkompozitok ridegségével, hővezető képességével és koptatóképességével kapcsolatos problémákra. Ez lehetővé teszi az említett előnyök több megragadását, kevesebb tipikus hátrány mellett.

Tippek a szénszálas szálas 3D nyomtatáshoz

Kitértünk a megerősített szénszálas szálak hátterére, típusaira, alkalmassági tényezőire és kompromisszumaira. Most nézzük meg, hogyan lehet sikeresen nyomtatni ezzel a különleges anyaggal asztali 3D nyomtatókkal.Kövesse ezeket a tippeket és bevált gyakorlatokat a szénszálas szálak zökkenőmentes és hatékony használatához.

• Lassú nyomtatási sebesség: A merev anyag könnyen ellenáll a folyásnak, ezért csökkentse a sebességet 30-50%-kal az extrudálás megkönnyítése érdekében. A 45-80 mm/s jól működik.
• Maximális nyomtatási hőmérséklet:A hő lágyítja a szál áramlását a fúvókából, ezért nyomja meg a forró vég biztonsági besorolásának felső határát, hogy könnyebben kinyomja az elakadások veszélye nélkül. 250‒320 ̊C az ideális.
• Zárt fűtött kamra: Szigetelje le a nyomtatási területet, és adjon hozzá kiegészítő hőt a környezeti hőmérséklet magas szinten tartásához. QIDI Tech 3D nyomtatók fejlett zárt kamrával, aktív fűtésszabályozással. Ez tovább könnyíti az áramlást, és megakadályozza az alkatrészek elvetemedését. 50-80 ̊C ajánlott.
• Visszavonási beállítások engedélyezése:Húzza kissé vissza az izzószálat a nyomtatási utazások között, hogy enyhítse a merev kompozitoknál szokásos túlzott szivárgásból eredő húrozási problémákat.
• Tökéletes vízszintes ágy: Ellenőrizze újra az első réteg összenyomódását és a platform szintezését, hogy biztosítsa a megfelelő tapadást a szénszál csekélyebb tapadása esetén a többi műanyaghoz képest.

A szénszál mögött meghúzódó anyagtudományból származó változók figyelembevétele, a tesztnyomatok alapján történő iteráció, és a gyönyörű, erős megerősített nyomatok elérése a gyakorlat során idővel egyre egyszerűbbé válik.

Fedezze fel a szénszálban rejlő lehetőségeket 3D nyomtatási igényeinek kielégítésére!

A szénszál új 3D nyomtatási lehetőségeket nyit meg a könnyű, tartós, hőálló alkatrészek számára, amelyek hagyományos műanyagokkal lehetetlenek. Noha nem olyan egyszerű, mint a szabványos anyagok, a szénszálas szálak lehetőséget adnak olyan testreszabott megoldások kifejlesztésére, amelyek megfelelnek olyan különleges igényeknek, amelyeket az alapműanyagok nem képesek teljesíteni. Ahogy egyre több megerősített szál jelenik meg, használja ki az előnyöket az opciók vizsgálatával, a nyomtatók frissítésével, a profilok ismétléssel történő optimalizálásával, és végül fedezze fel az alkalmazási igényeinek megfelelő ideális paramétereket.

GYIK a 3D nyomtatáshoz használható szénszálas filamentekről

K: Milyen erős a szénszálas szál?

V: A szénszálas szál ötször erősebb lehet, mint az acél és az alumínium tömeg szerint. A szénszálas szálakkal nyomtatott részek kivételes tartósságot és terhelésállóságot kínálnak, miközben megtartják a nagyon könnyű össztömeget.

K: Hogyan tárolja a szénszálas szálakat?

V: Tárolja a szénszálas filamentet hűvös, száraz helyen, nedvességtől védve. Az ideális tárolási feltételek 18-25°C és 35-55% relatív páratartalom. Kerülje a hőmérséklet ingadozását és a közvetlen napfényt.

K: A 3D nyomtatott szénszál jobb, mint az ABS?

V: Igen, a szénszálas szál általában erősebb és merevebb, mint az ABS műanyag. Alacsonyabb a hőtágulása, jobb a hőállósága, és jobb a vizuális minősége, kevésbé látható rétegvonalakkal. A kompromisszum az, hogy a szénszál törékenyebb.

K: Megéri a szénszálas 3D nyomtatás?

V: A nagy szilárdságot, kis súlyt, méretstabilitást és hőállóságot igénylő alkalmazásoknál a szénszál olyan megoldásokat tesz lehetővé, amelyek hagyományos műanyagokkal nem lehetségesek, ezért érdemes megvizsgálni. Ehhez optimalizáltabb nyomtatókra és betárcsázott beállításokra van szükség.

K: Biztonságos-e szénszálra nyomtatni?

V: A csiszolóanyag kezeléséhez szükséges megfelelő fúvóka és gép korszerűsítése esetén a szénszálas szál nyomtatása biztonságos. Megfelelő szellőzés javasolt, mint minden 3D nyomtatási anyag esetében.

K: A szénszálas szál erősebb, mint a PLA?

V: Igen, a szénszál-erősítésű szálak szakítószilárdsága, merevsége és maximális teherbíró képessége tekintetében sokkal erősebbek, mint a szabványos PLA.

Olvasson tovább

• QIDI új filamentek
• 3D nyomtatószál-típusok: teljes útmutató (2024)
• 3D nyomtatószál vs gyanta: Kezdő útmutató