3D drukāšana ar oglekļa šķiedras pavedienu: Galīgais ceļvedis

Oglekļa šķiedras pavediens ir jauns materiāls, kas rada viļņus 3D drukāšanā un aditīvajā ražošanā. Kā jau nosaukums norāda, tajā ir iekļauta oglekļa šķiedra — cieta un viegla šķiedra, ko izmanto aviācijā un sportā un kas ir izgatavota no plānām oglekļa šķiedrām. Tas ļauj ar oglekļa šķiedras pavedienu ražot 3D drukātas detaļas ar izcilu izturību, taču vienlaikus arī vieglumu. Bet kas īsti ir oglekļa šķiedras pavediens un kāpēc par to vajadzētu uztraukties tiem, kas iesaistīti 3D drukāšanā? Sāksim ar pamatiem.

Oglekļa šķiedras kvēldiega vēsture un ražošana

Lai gan 3D drukājama oglekļa šķiedras kvēldiega parādīšanās ir tikai tagad, pamati tika likti atpakaļ 20. gadsimta 50. gadu beigās. Tas bija pirmais veids, kā izpētīt oglekļa šķiedras slāņošanu un aušanu pastiprinātos sveķu materiālos. Pārlēksim uz 1981. gadu - nozare ražoja pašus pirmos kompozītmateriālu velosipēdus un golfa nūjas, izmantojot plānas oglekļa šķiedras, lai nodrošinātu nepieredzētu vieglu izturību.

Pēdējos gados Ražotāji ir izmantojuši šos pašus principus, lai izstrādātu īpašus oglekļa šķiedras pavedienus, kas ir saderīgi ar galda 3D printeriem. Ražošanas procesā garas oglekļa šķiedras tiek izlīdzinātas polimēra pamatmateriālā, piemēram, ABS vai neilonā. Pēc tam 3D drukāšanas procesā detaļas tiek izgatavotas, slāni pa slānim uzklājot ar oglekļa šķiedru piesūcinātu materiālu atbilstoši digitālajiem dizainiem.

Oglekļa šķiedra ne tikai palielina izturību un stingrību, vienlaikus samazinot svaru — tā zemais termiskās izplešanās koeficients palīdz novērst deformāciju un izmēru precizitātes problēmas, kas saistītas ar temperatūras svārstībām. Šis unikālais īpašību apvienojums ļauj izmantot funkcionālākus 3D drukātus instrumentus automobiļu, kosmosa un pat sporta preču ražošanā, kur tradicionālie materiāli nav pietiekami.

Oglekļa šķiedras pavedienu veidi

Tagad, kad esam apskatījuši pamatus par to, kā no kosmosa līmeņa kompozītmateriāliem attīstījās 3D drukājama oglekļa šķiedras kvēldiegs, aplūkosim konkrētos veidus, kas pieejami mūsdienās. Ir daži kodolu veidi, kas atšķiras pēc oglekļa šķiedras garuma un pastiprināšanas metodes.

1. Īsa oglekļa šķiedras kvēldiega

Kā jau liecina nosaukums, Šajā kvēldiega ogles šķiedras ir mazas un parasti ir aptuveni 0,1–0,7 mm garas. Padomājiet par īsām šķipsnām salīdzinājumā ar garākām, matiem līdzīgām šķipsnām.

Īsais garums uzlabo ekstrūziju un kopējo drukas procesa kvalitāti. Taču salīdzinājumā ar garākiem oglekļa šķiedras pavedieniem tam ir daži trūkumi. No vienas puses, īsā oglekļa šķiedra vienmērīgi un paredzami izkliedējas pa drukas slāņiem, neriskējot, ka šķiedras salipsnos plankumos. Izotropiskās īpašības nozīmē arī to, ka detaļām ir līdzīga izturība visos virzienos.

Īso oglekļa šķiedras pavedienu izmantošanas trūkumi ietver mazāku izturības pieaugumu salīdzinājumā ar citiem kompozītmateriāliem, kā arī redzamākas slāņu līnijas uz slīpām līknēm vai leņķiem. Īsajām šķiedrām vienkārši ir mazāks pastiprināšanas potenciāls nekā garākām opcijām.

2. Garā oglekļa šķiedras kvēldiegs

Atkal uzticīgi nosaukumam, Garās oglekļa šķiedras pavedienos tiek izmantotas vairāk matiem līdzīgas oglekļa šķiedras šķipsnas, kuru garums ir aptuveni 6–12 mm. Garākās šķiedras nodrošina lielāku pastiprinājumu, bet, ja tās netiek pareizi optimizētas, tām ir lielāks nevienmērīgas izkliedes potenciāls.

Plusi ietver izcilu izturības un svara attiecību, kas atspoguļo vienvirziena oglekļa šķiedru stiegrojumu. Anizotropās īpašības nozīmē arī ievērojamu izturības pieaugumu, galvenokārt atbilstoši drukas slāņa virzienam, salīdzinot ar sliktākām īpašībām perpendikulāros leņķos. Mazāka slāņu redzamība arī uzlabo virsmas apdari uz līknēm un augstas kvalitātes izdrukām.

Negatīvie aspekti galvenokārt ietver pastiprinātu rūpību, lai novērstu sprauslu aizsērēšanu un nevienmērīgu salipšanu, kad garākas šķipsnas sapinas vai sapinās. Optimālu iestatījumu un konfigurāciju atrašana arī ir sarežģītāka. Dramatiskās virziena stiprības novirzes dēļ, projektējot funkcionālās daļas, ir jāņem vērā slodzes virziens.

3. Pastiprināta oglekļa šķiedras šķiedra

Pastiprinātas oglekļa šķiedras pavedieni izmanto hibrīda pieeju — bāzes plastmasas, piemēram, ABS un neilonu, piesūcinot ar ļoti īsām oglekļa šķiedrām, lai panāktu izkliedētu izturību, un pēc tam pievienojot papildu nepārtrauktas oglekļa šķiedras vēl lielākai pastiprināšanai.

Tas nodrošina spēcīgu mehānisko veiktspēju, kas līdzīga tīriem gariem šķiedru pavedieniem, pateicoties manuālajām šķiedru dzīslām. Taču tas novērš neparedzamas salipšanas problēmas, jo pamatmateriālam jau ir vienmērīgi izkliedēts īso šķiedru stiegrojums kā pamats.

Rezultātā Pastiprināti maisījumi atvieglo drukāšanu, vienlaikus optimizējot izturību un vizuālo kvalitāti iesācējiem. Vienkāršība ir saistīta ar dažiem kompromisiem attiecībā uz maksimālo iespējamo izturību salīdzinājumā ar tīriem garšķiedras pavedieniem. Taču lielākajai daļai pielietojumu hibrīda pieeja nodrošina ideālu līdzsvaru.

Vai jebkurš 3D printeris var izmantot oglekļa šķiedras pavedienu?

Oglekļa šķiedras pavedieni var būt īpaši izstrādāti 3D drukāšanas atbalstam, taču ne visi galda printeri tos var izmantot uzreiz pēc izlaišanas. Izturīgais, abrazīvais materiāls rada dažas unikālas prasības. Apskatīsim printera piemērotības faktorus un visas nepieciešamās modifikācijas, lai izmantotu oglekļa šķiedras pavedienu.

1. Printera piemērotība oglekļa šķiedras pavedienam

Pateicoties materiāla abrazīvumam un tendencei lēnām, bet noteikti noārdīt svarīgas sastāvdaļas, oglekļa šķiedras kvēldiegam ir nepieciešami printeri, kas izgatavoti no saderīgām rūdītām detaļām, lai nodrošinātu pamata funkcijas:

• Rūdīta tērauda sprauslas: Standarta misiņa sprauslas ātri nolietojas cieto oglekļa šķiedru berzes ietekmē, radot impedances vai pilnīgas sprauslas atteices risku. Gandrīz obligāti nepieciešams rūdīts tērauds.
• Pievienotais rāmis: Arī atklātās Bodena caurules laika gaitā nolietojas, izraisot padeves problēmas vai izdruku kļūmes. Slēgtie rāmji aizsargā caurules.
• Pastiprināta ekstrūdera pārnesumkārba: Padeves stingrībai ir nepieciešami ekstrūdera zobrati, kas izgatavoti no nodilumizturīgiem metāliem, lai saglabātu saķeri bez nodiluma.
• Apsildāmas gultas: Deformācijas un drukas virsmas saķeres problēmu novēršanai ir nepieciešamas apsildāmas drukas virsmas, kuru temperatūra var sasniegt 100 °C+, lai nodrošinātu labāku pirmā slāņa saķeri.

Printeri, kuriem nav šo minimālo specifikāciju, nevar droši izdrukāt funkcionālas oglekļa šķiedras detaļas uzreiz pēc izpakošanas, lai komponenti ļoti ātri nenodiltu nodiluma dēļ.QIDI Tech 3D printeriem ir gan misiņa, gan rūdīta tērauda sprauslas. Tas ļauj lietotājiem drukāt standarta un oglekļa šķiedras pavedienus, neveicot nekādas izmaiņas vai papildinājumus.

2. Nepieciešamās modifikācijas oglekļa šķiedras kvēldiega izmantošanai

Printeriem bez uzstādītām rūdītām detaļām, kas citādi ir tehniski spējīgi, vēl nav zudusi cerība. Dažas modifikācijas ļauj strādāt ar oglekļa šķiedru:

• Sprauslu maiņa: Nomainiet standarta sprauslas ar rūdīta tērauda sprauslām.
• Bodens &Rāmja aizsardzība: Pievienojiet piesardzības pasākumus, piemēram, uzmavas, lai aizsargātu caurules un pagarinājumus.
• Ekstrūdera aprīkojuma uzlabojumi: Ilgtermiņā nomainiet standarta zobratus pret metāla alternatīvām.
• Virsmas sagatavošana: Papildu saķeres risinājumi dažreiz var kompensēt apsildāmu gultu trūkumu.

Rūpīgi un pakāpeniski uzlabojot, lai aizsargātu visvairāk nodilušās detaļas, oglekļa šķiedras druka kļūst dzīvotspējīgāka. Taču, lai iegūtu vienkāršākos rezultātus un ilgstošu uzticamību, izvēloties mērķtiecīgi izgatavotus galda printerus ar integrētu aizsardzību, jūs novēršat problēmas un neapmierinātību, strādājot ar mainīgiem oglekļa šķiedras pavedieniem.

Kāpēc 3D drukāšanai izvēlēties oglekļa šķiedras pavedienu?

Tagad, kad esam apskatījuši ražošanas procesus, oglekļa šķiedras pavedienu veidus un printeru saderības apsvērumus, izpētīsim lēmuma pieņemšanas punktu - Kāpēc izmantot oglekļa šķiedras pavedienu salīdzinājumā ar tradicionālākiem 3D drukāšanas materiāliem? Kādas unikālas priekšrocības un trūkumi ir saistīti ar pastiprinātām oglekļa šķiedras kvēldiegām?

1. Oglekļa šķiedras kvēldiega izmantošanas priekšrocības

Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir četras galvenās priekšrocības, ko nevar salīdzināt ar standarta plastmasām:

• Stiprums &Stingrība:Ar oglekļa šķiedras drukātajām detaļām, kuru izturības un svara attiecība pārsniedz pat tādus metālus kā tērauds un alumīnijs, ir ievērojama izturība un slodzes noturība, vienlaikus saglabājot ļoti vieglu kopējo masu.
• Izmēru stabilitāte: Pateicoties stingrajai oglekļa šķiedras stiegrojumam, ārkārtīgi zems termiskās izplešanās koeficients nozīmē, ka drukātās detaļas saglabā precīzas pielaides plašā apkārtējās vides temperatūras diapazonā, neizplešoties vai nesaraujoties par vairāk nekā 1%.
• Vizuālā kvalitāte: Oglekļa šķiedras pavedieni uzlabo pirmā slāņa saķeri un sekojošo saķeri starp drukas slāņiem. Tas papildina izmēru stabilitāti ar lielisku vizuālo slāņu savienošanas kvalitāti bez redzamiem pakāpieniem un uzlabotu virsmas apdari.
• Siltums &ērs; liesmas izturība: Oglekļa šķiedras augstā ķīmiskā izturība, kas jau tiek izmantota kosmosa un motosporta nozarē, pārvēršas drukātās detaļās, kas iztur ārkārtīgi augstu temperatūru, kas pārsniedz 150°C, pirms tās mīkstina, kā arī tai piemīt neuzliesmojošas īpašības.

No ārkārtīgi vieglas izturības izmantošanas līdz izturībai pret temperatūru vai ķīmisku degradāciju, oglekļa šķiedras pavedieni ļauj izmantot pielietojumu, kas sniedzas tālu ārpus ierastajām iespējām. PLA un ABS izdrukas, izmantojot īpašības, kas vienkārši nav atrodamas mājsaimniecības plastmasā.

2. Oglekļa šķiedras kvēldiega trūkumi

Tomēr šo kāroto veiktspējas priekšrocību sasniegšanai ir jāņem vērā arī daži praktiski trūkumi:

• Abrazivitāte: Izturīgās oglekļa šķiedras šķiedras ātri bojā sprauslas, zobratus un komponentus, kas nav īpaši rūdīti, ierobežojot plašu printeru saderību un detaļu ilgmūžību.
• Trauslums &Stingrība: Lai gan oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ir izturīgi un stingri, tiem trūkst elastības un triecienizturības, savukārt tie pārāk liela spēka ietekmē pēkšņi saplīst, nevis īslaicīgi saliecas, kā tas ir ar ABS vai citiem materiāliem. neilons.
• Vadītspēja: Augstā siltumvadītspēja un elektriskā vadītspēja var sarežģīt slēgtu drukāšanu bez termiskās kontroles, radot pārkaršanas vai īssavienojumu risku.

Ar savu viedo šķiedru pastiprinājumu, kas samazina deformāciju, zemu mitruma absorbciju un blīvumu, kā arī nodilumizturību, QIDI Tech PA12-CF oglekļa šķiedras kvēldiegs nodrošina lielisku risinājumu standarta oglekļa kompozītmateriālu trausluma, siltumvadītspējas un abrazivitātes problēmām. Tas ļauj izmantot vairāk minēto priekšrocību ar mazāk tipiskiem trūkumiem.

Padomi 3D drukāšanai ar oglekļa šķiedras pavedienu

Esam apskatījuši pastiprinātas oglekļa šķiedras pavedienu pamatinformāciju, veidus, piemērotības faktorus un kompromisus. Tagad aplūkosim veiksmīgu drukāšanu ar šo īpašo materiālu, izmantojot galda 3D printerus. Lai vienmērīgi un efektīvi izmantotu oglekļa šķiedras pavedienus, ievērojiet šos padomus un labāko praksi.

• Lēns drukas ātrums samazinās: Stingrais materiāls pretojas vieglai plūsmai, tāpēc samaziniet ātrumu par 30–50 %, lai atvieglotu ekstrūziju. 45–80 mm/s darbojas labi.
• Maksimāla drukas temperatūra:Karstums mīkstina kvēldiega plūsmu no sprauslas, tāpēc sasniedziet karstā gala drošības vērtējuma augšējo robežu, lai atvieglotu ekstrūziju, neriskējot iestrēgt. 250–320 °C ir ideāla temperatūra.
• Slēgta apsildāmā kamera: Izolējiet drukas laukumu un nodrošiniet papildu siltumapgādi, lai uzturētu augstu apkārtējās vides temperatūru. QIDI Tech 3D printeri ir aprīkota ar uzlabotu slēgtu kameru ar aktīvu sildīšanas kontroli. Tas vēl vairāk atvieglo plūsmu un novērš detaļu deformāciju. Ieteicamā temperatūra ir 50–80 °C.
• Iespējot atsaukšanas iestatījumus:Starp drukas gājieniem nedaudz pavelciet kvēldiegu atpakaļ, lai mazinātu šķiedras problēmas, kas rodas pārmērīgas noplūdes dēļ, kas raksturīga stingriem kompozītmateriāliem.
• Ideāli izlīdzināta gulta: Vēlreiz pārbaudiet pirmā slāņa saspiešanas un platformas izlīdzināšanas spēju, lai nodrošinātu pareizu saķeri ar oglekļa šķiedras samazināto saķeri ar pamatni salīdzinājumā ar citām plastmasām.

Ņemiet vērā mainīgos lielumus no materiālzinātnes, kas ir oglekļa šķiedras pamatā, atkārtojiet, pamatojoties uz testa izdrukām, un skaistu, izturīgu, pastiprinātu izdruku iegūšana laika gaitā, praktizējoties, kļūst vienkāršāka.

Atklājiet oglekļa šķiedras potenciālu savām 3D drukāšanas vajadzībām!

Oglekļa šķiedra paver jaunas 3D drukāšanas iespējas vieglām, izturīgām un karstumizturīgām detaļām, kas nav iespējamas ar parasto plastmasu. Lai gan tā nav tik vienkārša kā standarta materiāli, oglekļa šķiedra paver durvis pielāgotu risinājumu izstrādei, kas atbilst īpašām prasībām, kuras nevar izpildīt pamata plastmasa. Tā kā parādās arvien vairāk pastiprinātu pavedienu, izmantojiet tos, izpētot iespējas, uzlabojot printerus, optimizējot profilus, izmantojot atkārtojumus, un galu galā atklājot ideālus parametrus jūsu lietojuma vajadzībām.

Bieži uzdotie jautājumi par oglekļa šķiedras kvēldiegu 3D drukāšanai

J: Cik stipra ir oglekļa šķiedras kvēldiega?

A: Oglekļa šķiedras pavediens var būt 5 reizes izturīgāks par tēraudu un alumīniju pēc svara. Ar oglekļa šķiedras pavedienu apdrukātās detaļas piedāvā izcilu izturību un slodzes noturību, vienlaikus saglabājot ļoti vieglu kopējo masu.

J: Kā uzglabāt oglekļa šķiedras pavedienus?

A: Uzglabājiet oglekļa šķiedras kvēldiegu vēsā, sausā vietā, prom no mitruma. Ideāli uzglabāšanas apstākļi ir aptuveni 18–25 °C temperatūrā un 35–55 % relatīvajā mitrumā. Izvairieties no temperatūras svārstībām un tiešiem saules stariem.

J: Vai 3D drukātā oglekļa šķiedra ir labāka par ABS?

A: Jā, oglekļa šķiedras pavediens parasti ir stiprāks un stingrāks nekā ABS plastmasa. Tam ir arī mazāka termiskā izplešanās, labāka karstumizturība un uzlabota vizuālā kvalitāte ar mazāk redzamām slāņu līnijām. Kompromiss ir tāds, ka oglekļa šķiedra ir trauslāka.

J: Vai oglekļa šķiedras 3D drukāšana ir tā vērta?

A: Lietojumiem, kuriem nepieciešama augsta izturība, mazs svars, izmēru stabilitāte un karstumizturība, oglekļa šķiedra var nodrošināt risinājumus, kas nav iespējami ar parasto plastmasu, tāpēc ir vērts to izpētīt. Tai ir nepieciešami optimizētāki printeri un pielāgoti iestatījumi.

J: Vai ir droši drukāt uz oglekļa šķiedras?

A: Ar atbilstošu sprauslu un iekārtas uzlabojumiem abrazīvā materiāla apstrādei oglekļa šķiedras pavediena drukāšana ir droša. Tāpat kā ar jebkuru 3D drukas materiālu, ieteicama atbilstoša ventilācija.

J: Vai oglekļa šķiedras pavediens ir stiprāks par PLA?

A: Jā, ar oglekļa šķiedru pastiprināti pavedieni ir daudz izturīgāki nekā standarta PLA stiepes izturības, stingrības un maksimālās nestspējas ziņā.

Lasīt vairāk

• QIDI jauni pavedieni
• 3D printera kvēldiegu veidi: pilnīgs ceļvedis (2024)
• 3D printera kvēldiega un sveķu salīdzinājums: iesācēja ceļvedis