3D drukāšana ar oglekļa šķiedras pavedienu: Galīgais ceļvedis
Table of Contents
- Oglekļa šķiedras pavedienu vēsture un ražošana
- Oglekļa šķiedras pavedienu veidi
- Vai jebkurš 3D printeris var izmantot oglekļa šķiedras pavedienu?
- Kāpēc izvēlēties oglekļa šķiedras pavedienu 3D drukāšanai?
- Padomi 3D drukāšanai ar oglekļa šķiedras pavedienu
- Atbrīvojiet oglekļa šķiedras potenciālu savām 3D drukāšanas vajadzībām!
- Bieži uzdotie jautājumi par oglekļa šķiedras pavedienu 3D drukāšanai
- Lasīt vairāk
Oglekļa šķiedras kvēldiegs ir jauns materiāls, kas rada viļņus 3D drukāšanā un piedevu ražošanā. Kā norāda nosaukums, tajā ir iekļauta oglekļa šķiedra - cieta un viegla šķiedra, ko izmanto kosmosa un sporta jomā un kas izgatavota no plānām oglekļa šķiedru šķiedru šķiedrām. Tas ļauj oglekļa šķiedras pavedienam ražot 3D drukātas detaļas ar izcilu izturību, kas joprojām ir vieglas. Bet kas īsti ir oglekļa šķiedras kvēldiegs un kāpēc 3D drukāšanā iesaistītajiem būtu jārūpējas? Sāksim ar pamatiem.
Oglekļa šķiedras pavedienu vēsture un ražošana
Kamēr 3D drukājamais oglekļa šķiedras pavediens tikai parādās, pamati tika ielikti 50. gadu beigās. Tas bija agrākais pētījums par oglekļa šķiedras slāņošanu un aušanu pastiprinātos sveķu materiālos. Ātri pāriet uz 1981. gadu - nozare ražoja pašus pirmos saliktos velosipēdus un golfa nūjas, izmantojot plānas oglekļa šķiedras, lai iegūtu nepieredzēti vieglu svaru.
Pēdējos gados ražotāji ir izmantojuši šos pašus principus, lai izstrādātu īpašus oglekļa šķiedras pavedienus, kas ir saderīgi ar galddatoru 3D printeriem. Ražošanas procesā garās oglekļa šķiedras dzīslas tiek izlīdzinātas polimēru pamatmateriālā, piemēram, ABS vai neilonā. Pēc tam 3D drukāšana veido detaļas, slāni pa slānim izklājot ar oglekļa šķiedru piesātinātu materiālu atbilstoši digitālajiem dizainparaugiem.
Oglekļa šķiedra ne tikai palielina izturību un stingrību, vienlaikus samazinot svaru - tā zemais termiskās izplešanās koeficients palīdz cīnīties ar deformāciju un izmēru precizitātes problēmām, kas saistītas ar temperatūras svārstībām. Šis unikālais īpašību sajaukums nodrošina funkcionālākus 3D drukāšanas instrumentus automobiļu, kosmosa un pat sporta preču jomā, kur tradicionālie materiāli nav pieejami.
Oglekļa šķiedras pavedienu veidi
Tagad, kad esam apskatījuši pamatus par to, kā 3D drukājamais oglekļa šķiedras pavediens attīstījās no kosmosa kvalitātes kompozītmateriāliem, apskatīsim konkrētus šodien pieejamos veidus. Ir dažas galvenās šķirnes, kas atšķiras pēc oglekļa šķiedras garuma un pastiprināšanas metodes.
1. Īss oglekļa šķiedras pavediens
Kā norāda nosaukums, šajā kvēldiega oglekļa šķiedras ir mazas, un to garums parasti ir aptuveni 0,1–0,7 mm. Padomājiet par īsām šķipsnām, nevis garākām matiem līdzīgām šķipsnām.
Īsais garums palīdz ekstrūzijai un nodrošina kopējo drukas procesa kvalitāti. Taču tam ir daži kompromisi, salīdzinot ar garākiem oglekļa šķiedras pavedieniem. Pozitīvi ir tas, ka īsā oglekļa šķiedra vienmērīgi un paredzami izkliedējas pa apdrukas slāņiem, neradot risku, ka šķiedras sagrupēsies plankumos. Izotropās īpašības arī nozīmē, ka daļām ir līdzīga stiprība visos virzienos.
Īsās oglekļa šķiedras kvēldiega izmantošanas negatīvie aspekti ietver mazāk dramatisku stiprības pieaugumu salīdzinājumā ar citiem kompozītmateriāliem, kā arī redzamākas slāņu līnijas slīpās līknēs vai leņķos. Īsajām šķipsnām vienkārši ir mazāks pastiprināšanas potenciāls nekā garākām iespējām.
2. Garais oglekļa šķiedras pavediens
Atkal patiess vārdam, garie oglekļa šķiedras pavedieni izmanto vairāk matiem līdzīgu oglekļa šķiedras pavedienu, kuru garums ir aptuveni 6-12 mm. Garākās šķiedras nodrošina lielāku pastiprinājumu, taču tām ir palielināts nevienmērīgas izkliedes potenciāls, ja tās nav pareizi optimizētas.
Priekšrocības ietver izcilas stiprības un svara attiecības, kas atspoguļo vienvirziena oglekļa šķiedras pastiprinājumu. Anizotropās īpašības nozīmē arī ievērojamu stiprības pieaugumu galvenokārt saskaņā ar drukas slāņa virzienu, salīdzinot ar vairāk apdraudētām īpašībām perpendikulāros leņķos. Mazāka slāņu redzamība uzlabo arī virsmas apdari līkumos un augstas kvalitātes izdrukas.
Negatīvie aspekti galvenokārt ir saistīti ar pastiprinātu rūpību, lai novērstu sprauslu aizsērēšanu un nevienmērīgu salipšanu, kad garākās šķipsnas sakrīt vai sapinās. Optimālo iestatījumu un konfigurāciju atrašana ir arī sarežģītāka. Dramatiskā virziena stiprības novirze prasa, lai, projektējot funkcionālās daļas, jāņem vērā slodzes virziens.
3. Pastiprināts oglekļa šķiedras pavediens
Pastiprinātie oglekļa šķiedras pavedieni izmanto hibrīda pieeju – pamatlīnijas plastmasu, piemēram, ABS un neilonu, pievieno ļoti īsām oglekļa šķiedrām, lai nodrošinātu izkliedētu izturību, pēc tam pievieno papildu nepārtrauktas oglekļa šķiedras pavedienus, lai vēl vairāk nostiprinātu.
Pateicoties manuālajām šķiedru dzīslām, tas nodrošina spēcīgu mehānisko veiktspēju, kas ir līdzīga tīriem garu šķiedru pavedieniem. Taču tas novērš neparedzamas salipšanas problēmas, jo pamatmateriālam jau ir vienmērīgi izkliedēts īsu šķiedru stiegrojums kā pamats.
Rezultātā pastiprināti maisījumi atvieglo drukāšanu, vienlaikus optimizējot izturību un vizuālo kvalitāti lielākam skaitam iesācēju lietotāju. Vienkāršība ir saistīta ar dažiem kompromisiem attiecībā uz maksimālo iespējamo stiprību salīdzinājumā ar tīriem garu šķiedru pavedieniem. Taču lielākajai daļai lietojumu 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 galddatoru printeri tos var izmantot jau sākotnēji. Cietais, abrazīvais materiāls izvirza dažas unikālas prasības. Sadalīsim printera piemērotības faktorus un visas modifikācijas, kas nepieciešamas, lai izmantotu oglekļa šķiedras kvēldiegu.
1. Printera piemērotība oglekļa šķiedras pavedienam
Pateicoties materiāla abrazivitātei un tendencei lēnām, bet noteikti noārdīt svarīgas sastāvdaļas, oglekļa šķiedras kvēldiegam ir nepieciešami printeri, kas izgatavoti no saderīgām rūdītām detaļām, lai nodrošinātu pamata funkcionalitāti:
- Rūdīta tērauda sprauslas: Standarta misiņa sprauslas ātri nolietojas cieto oglekļa šķiedru nodiluma rezultātā, riskējot ar pretestību vai pilnīgu sprauslas bojājumu. Rūdīts tērauds ir tikai nepieciešams.
- Slēgtais rāmis: Atklātās Boudena caurules arī laika gaitā nolietojas, radot padeves problēmas vai neveiksmīgas izdrukas. Slēgtie rāmji aizsargā caurules.
- Pastiprināts ekstrūdera pārnesums: Padeves stingrībai ir nepieciešami ekstrudera zobrati, kas izgatavoti no nodilumizturīgiem metāliem, lai saglabātu saķeri bez atdalīšanas.
- Apsildāmās gultas: Izliekšanās un slāņa adhēzijas problēmu dēļ labākai pirmā slāņa saķerei ir nepieciešamas apsildāmas drukas gultas ar 100 ̊C+ temperatūru.
Printeri, kuriem nav šo minimālo specifikāciju, nevar droši izdrukāt funkcionālās oglekļa šķiedras daļas, ja komponenti ļoti ātri nolietojas nobrāzuma dēļ.QIDI Tech 3D printeros ir gan misiņa, gan rūdīta tērauda sprauslas. Tas ļauj lietotājiem drukāt standarta un oglekļa šķiedras pavedienus, neveicot nekādas izmaiņas vai papildinājumus.
2. Nepieciešamās modifikācijas, lai izmantotu oglekļa šķiedras pavedienu
Printeriem, kuriem nav uzstādīti rūdīti komponenti, bet tie ir citādi tehniski spējīgi, visas cerības nav zaudētas. Dažas modifikācijas ļauj strādāt ar oglekļa šķiedru:
- Sprauslu maiņa: Nomainiet standarta sprauslas ar rūdītu tēraudu.
- Bowden un rāmja aizsardzība: Pievienojiet piesardzības pasākumus, piemēram, uzmavas aizsargcaurulēm un pagarinājumiem.
- Ekstrūdera rīku jauninājumi: Ilgtermiņā nomainiet standarta pārnesumus pret metāla alternatīvām.
- Virsmas sagatavošana: Papildu adhēzijas risinājumi dažkārt var kompensēt apsildāmo gultu trūkumu.
Ar rūpību un pakāpenisku jaunināšanu, lai aizsargātu komponentus, kas visvairāk nolietojas, oglekļa šķiedras druka kļūst dzīvotspējīgāka.Taču, lai iegūtu vienkāršākos rezultātus un ilgstošu uzticamību, izvēloties speciāli izstrādātus galddatoru printerus ar iebūvētu aizsardzību, tiek novērstas grūtības un neapmierinātība, strādājot ar temperamentīgiem oglekļa šķiedras pavedieniem.
Kāpēc izvēlēties oglekļa šķiedras pavedienu 3D drukāšanai?
Tagad, kad esam apskatījuši ražošanas procesus, oglekļa šķiedras pavedienu veidus un printera saderības apsvērumus, izpētīsim lēmuma pieņemšanas punktu – kāpēc izmantot oglekļa šķiedras pavedienu salīdzinājumā ar tradicionālākiem 3D drukas materiāliem? Kādas unikālas priekšrocības un mīnusus sniedz pastiprināti oglekļa šķiedras pavedieni?
1. Oglekļa šķiedras kvēldiega izmantošanas priekšrocības
Oglekļa šķiedru kompozītmateriāliem ir četras galvenās priekšrocības, ko nesalīdzina pamata plastmasa:
- Stiprums un stingrība:Ar stiprības un svara attiecību, kas pat 5X pārsniedz pat metālus, piemēram, tēraudu un alumīniju, ar oglekļa šķiedru apdrukātajām daļām ir ievērojama izturība un slodzes izturība, vienlaikus saglabājot ļoti vieglu kopējo masu.
- Izmēru stabilitāte: Īpaši zems termiskās izplešanās koeficients, pateicoties stingrajai oglekļa šķiedras stiegrojumam, nozīmē, ka apdrukātās daļas saglabā precīzas pielaides plašā apkārtējās temperatūras delta, neizplešoties vai nesaraujoties par vairāk nekā 1%.
- Vizuālā kvalitāte: Oglekļa šķiedras pavedieni uzlabo pirmā slāņa saķeri un turpmāko saķeri starp apdrukas slāņiem. Tas papildina izmēru stabilitāti ar brīnišķīgu vizuālo slāņa savienojuma kvalitāti, kurai trūkst redzamu pakāpienu un uzlabotu virsmas apdari.
- Karstuma un liesmas izturība: Oglekļa šķiedras augstā ķīmiskā izturība, kas jau ir izmantota kosmosa un motosporta jomā, pārvēršas par apdrukātām detaļām, kas iztur ārkārtīgi augstu temperatūru, kas pārsniedz 150 °C, pirms mīkstināšanas, kā arī neuzliesmojošas īpašības.
Oglekļa šķiedras pavedieni sniedz iespēju izmantot daudz plašākus lietojumus, sākot no ļoti vieglas izturības līdz izturībai pret temperatūru vai ķīmisku noārdīšanos. PLA un ABS izdrukas, izmantojot īpašības, kas vienkārši nav atrodamas sadzīves plastmasā.
2. Oglekļa šķiedras kvēldiega trūkumi
Tomēr, apzinoties šīs kārotās veiktspējas priekšrocības, ir jāņem vērā arī daži praktiski trūkumi:
- Abrazivitāte: Izturīgās oglekļa šķiedras pavedieni ātri noārda sprauslas, zobratus un komponentus, kas nav īpaši rūdīti, ierobežojot plašu printeru saderību un daļu ilgmūžību.
- Trauslums un stingrība: Kaut arī oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ir spēcīgi un stīvi, tiem trūkst elastības un triecienizturības, salīdzinot, tie pēkšņi sabojājas, iedarbojoties pārāk liela spēka ietekmē, nevis īslaicīgi saliecas, piemēram, ABS vai neilons.
- Vadītspēja: Augstā siltumvadītspēja un elektriskā vadītspēja var sarežģīt slēgto drukāšanu, ja nav termiskās kontroles, radot pārkaršanas vai īssavienojumu risku.
Ar viedo šķiedru pastiprinājumu, kas samazina deformāciju, zemu mitruma uzsūkšanos un blīvumu, kā arī nodilumizturību, QIDI Tech PA12-CF oglekļa šķiedras kvēldiegs nodrošina lielisku risinājumu trausluma, siltumvadītspējas un abrazivitātes problēmām, ar kurām saskaras standarta oglekļa kompozītmateriāli. Tas ļauj iegūt vairāk no minētajām priekšrocībām ar mazāku raksturīgo trūkumu skaitu.
Padomi 3D drukāšanai ar oglekļa šķiedras pavedienu
Mēs esam apskatījuši pastiprināto oglekļa šķiedras pavedienu fonu, veidus, piemērotības faktorus un kompromisus. Tagad pievērsīsimies veiksmīgai drukāšanai ar šo īpašo materiālu, izmantojot galddatoru 3D printerus.Izpildiet šos padomus un paraugpraksi, lai vienmērīgi un efektīvi izmantotu oglekļa šķiedras pavedienu.
- Lēni drukāšanas ātrumi samazinās: Cietais materiāls iztur viegli plūstošu, tāpēc samaziniet ātrumu par 30-50%, lai atvieglotu ekstrūzijas.45-80mm/s darbojas labi.
- Maksimizēt drukas temperatūru:Siltums mīkstina kvēldiega plūsmu no sprauslas, tāpēc piespiediet līdz karstā gala drošības līmeņa augšējai robežai, lai atvieglotu ekstrūzijas risku, neriskējot ar iesprūšanu. 250‒320 ̊C ir ideāls.
- Slēgta apsildāma kamera: Izolējiet drukas zonu un ievadiet papildu siltumu, lai uzturētu augstu apkārtējās vides temperatūru. QIDI Tech 3D printeri ir aprīkota ar modernu slēgtu kameru ar aktīvo apkures kontroli. Tas vēl vairāk atvieglo plūsmu un novērš daļu deformāciju. Ieteicama 50-80 ̊C.
- Iespējot atsaukšanas iestatījumus:Nedaudz atvelciet kvēldiegu atpakaļ starp drukas gājieniem, lai mazinātu stīgu problēmas, kas rodas no pārmērīgas izsūkšanās, kas raksturīga stīvajiem kompozītmateriāliem.
- Perfekti izlīdzināta gulta: Atkārtoti pārbaudiet pirmā slāņa slīdēšanu un platformas izlīdzināšanu, lai nodrošinātu pareizu adhēzijas līmi oglekļa šķiedras samazinātajai gultnes saķerei salīdzinājumā ar citām plastmasām.
Oglekļa šķiedras materiālu zinātnes mainīgo lielumu faktors, atkārtošana, pamatojoties uz testa izdrukām, un skaistu, spēcīgu pastiprinātu izdruku iegūšana laika gaitā kļūst vienkāršāka, praksē.
Atbrīvojiet oglekļa šķiedras potenciālu savām 3D drukāšanas vajadzībām!
Oglekļa šķiedra paver jaunas 3D drukāšanas iespējas vieglām, izturīgām, karstumizturīgām daļām, kas nav iespējamas ar parasto plastmasu. Lai gan tas nav tik vienkārši kā standarta materiāli, oglekļa šķiedra paver durvis pielāgotu risinājumu izstrādei, kas atbilst īpašām prasībām, kuras nevar sasniegt ar pamata plastmasu. Kad parādās vairāk pastiprinātu pavedienu, izmantojiet priekšrocības, izpētot iespējas, jauninot printerus, optimizējot profilus, atkārtojot un galu galā atklājot ideālos parametrus jūsu lietojumprogrammas vajadzībām.
Bieži uzdotie jautājumi par oglekļa šķiedras pavedienu 3D drukāšanai
J: Cik stiprs ir oglekļa šķiedras pavediens?
A: Oglekļa šķiedras kvēldiegs pēc svara var būt 5 reizes stiprāks nekā tērauds un alumīnijs. Detaļas, kas apdrukātas ar oglekļa šķiedras pavedienu, nodrošina izcilu izturību un slodzes izturību, vienlaikus saglabājot ļoti vieglu kopējo masu.
J: Kā jūs uzglabājat oglekļa šķiedras pavedienus?
A: Uzglabājiet oglekļa šķiedras pavedienu vēsā, sausā vietā, prom no mitruma. Ideāli uzglabāšanas apstākļi ir aptuveni 18-25°C un 35-55% relatīvais mitrums. Izvairieties no temperatūras svārstībām un tiešas saules gaismas iedarbības.
J: Vai 3D drukātā oglekļa šķiedra ir labāka par ABS?
A: Jā, oglekļa šķiedras kvēldiegs 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 tas, ka oglekļa šķiedra ir trauslāka.
J: Vai oglekļa šķiedras 3D drukāšana ir tā vērta?
A: Lietojumprogrammām, kurām 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. Tam nepieciešami optimizētāki printeri un iezvanes iestatījumi.
J: Vai ir droši drukāt uz oglekļa šķiedras?
A: Ja ir piemērotas sprauslas un mašīnas jauninājumi, lai apstrādātu abrazīvo materiālu, oglekļa šķiedras pavedienu drukāšana ir droša. Tāpat kā ar jebkuru 3D drukas materiālu, ir ieteicama atbilstoša ventilācija.
J: Vai oglekļa šķiedras pavediens ir stiprāks par PLA?
A: Jā, ar oglekļa šķiedru pastiprināti pavedieni ir daudz stiprāki nekā standarta PLA stiepes izturības, stingrības un maksimālās slodzes nestspējas ziņā.