3D -printen met koolstofvezel Filament: ultieme gids
Table of Contents
- Geschiedenis en productie van koolstofvezelfilament
- Soorten koolstofvezelfilamenten
- Kan elke 3D-printer koolstofvezelfilament gebruiken?
- Waarom koolstofvezelfilament kiezen voor 3D-printen?
- Tips voor 3D-printen met koolstofvezelfilament
- Ontdek het potentieel van koolstofvezel voor uw 3D-printbehoeften!
- Veelgestelde vragen over koolstofvezelfilament voor 3D-printen
- Lees meer
Koolstofvezelfilament is een nieuw materiaal dat voor opschudding zorgt in 3D-printen en additieve productie. Zoals de naam al doet vermoeden, bevat het koolstofvezel - een stevige en lichtgewicht vezel die wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en die is gemaakt van dunne strengen koolstof. Hierdoor kan koolstofvezelfilament 3D-geprinte onderdelen produceren met een uitzonderlijke duurzaamheid die toch lichtgewicht zijn. Maar wat is koolstofvezelfilament precies en waarom zouden degenen die betrokken zijn bij 3D-printen zich hier druk om moeten maken? Laten we beginnen met de basis.
Geschiedenis en productie van koolstofvezelfilament
Terwijl 3D-printbaar koolstofvezelfilament nu pas net op de markt komt, zijn de fundamenten al gelegd eind jaren vijftig. Dit was de eerste keer dat er onderzoek werd gedaan naar het in lagen weven en verweven van koolstofvezels in versterkte harsmaterialen. Snel vooruit naar 1981 - de industrie produceerde de allereerste composietfietsen en golfclubs met behulp van dunne koolstofvezels voor ongekende lichtgewicht sterkte.
De laatste jaren, Fabrikanten hebben deze principes ook toegepast om speciale koolstofvezelfilamenten te ontwikkelen die compatibel zijn met desktop 3D-printers. Tijdens het productieproces worden lange koolstofvezelstrengen uitgelijnd in een polymeerbasismateriaal zoals ABS of nylon. Vervolgens worden onderdelen met behulp van 3D-printen gebouwd door het met koolstofvezels doordrenkte materiaal laag voor laag op te leggen volgens digitale ontwerpen.
De koolstofvezel versterkt niet alleen de sterkte en stijfheid, maar vermindert ook het gewicht - de lage thermische uitzettingscoëfficiënt helpt kromtrekken en problemen met de maatnauwkeurigheid die samenhangen met temperatuurschommelingen te bestrijden. Deze unieke combinatie van eigenschappen maakt functionelere 3D-geprinte gereedschappen mogelijk in de automobiel-, lucht- en ruimtevaartsector en zelfs sportartikelen waar traditionele materialen tekortschieten.
Soorten koolstofvezelfilamenten
Nu we de basis hebben behandeld van hoe 3D-printbaar koolstofvezelfilament is geëvolueerd van composieten van ruimtevaartkwaliteit, gaan we de specifieke typen die vandaag de dag beschikbaar zijn, bekijken. Er zijn een paar kernvarianten die worden onderscheiden door de lengte van de koolstofvezel en de versterkingsmethode.
1. Kort koolstofvezelfilament
Zoals de naam al doet vermoeden, De koolstofvezels in dit filament zijn klein en hebben over het algemeen een lengte van 0,1-0,7 mm. Denk aan korte lokken versus langere haarachtige lokken.
De korte lengte draagt bij aan de extrusie en de algehele kwaliteit van het printproces. Maar het heeft ook nadelen vergeleken met langere koolstofvezelfilamenten. Aan de positieve kant verspreidt de korte koolstofvezel zich gelijkmatig en voorspelbaar door de printlagen zonder het risico dat vezels zich op plekken ophopen. Isotrope eigenschappen betekenen ook dat onderdelen in alle richtingen vergelijkbare sterktes hebben.
De nadelen van het gebruik van korte koolstofvezelfilamenten zijn onder andere minder dramatische sterktewinsten ten opzichte van andere composieten, evenals meer zichtbare laaglijnen op hellende bochten of hoeken. De korte strengen hebben gewoon minder versterkend potentieel dan langere opties.
2. Lange koolstofvezelfilament
Opnieuw trouw aan de naam, Lange koolstofvezelfilamenten maken gebruik van meer haarachtige koolstofvezelstrengen met een lengte van ongeveer 6-12 mm. De langere vezels zorgen voor een grotere versteviging, maar hebben een groter risico op ongelijkmatige verspreiding als ze niet goed worden geoptimaliseerd.
Voordelen zijn onder meer de uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding dankzij de meer unidirectionele koolstofvezelversterking. Anisotrope eigenschappen betekenen ook opmerkelijke sterktewinsten, voornamelijk in lijn met de richting van de printlaag versus meer gecompromitteerde eigenschappen bij loodrechte hoeken. Minder zichtbaarheid van de laag verbetert ook de oppervlakteafwerking op krommingen en afdrukken van hoge kwaliteit.
Nadelen zijn vooral dat u extra voorzichtig moet zijn om verstoppingen in de spuitmonden en ongelijkmatige klontering te voorkomen wanneer de langere strengen in elkaar klitten of verstrengeld raken. Het vinden van optimale instellingen en configuraties is ook lastiger. De dramatische directionele sterktebias vereist dat u rekening houdt met de belastingsrichting bij het ontwerpen van functionele onderdelen.
3. Versterkt koolstofvezelfilament
Versterkte koolstofvezelfilamenten hanteren een hybride aanpak: basiskunststoffen zoals ABS en nylon worden voorzien van zeer korte koolstofvezels voor verspreide sterkte. Vervolgens worden extra doorlopende koolstofvezelstrengen toegevoegd voor nog meer versterking.
Dit zorgt voor sterke mechanische prestaties die vergelijkbaar zijn met die van zuivere lange vezelfilamenten, dankzij de handmatige vezelstrengen. Maar het voorkomt onvoorspelbare klonterproblemen, omdat het basismateriaal al gelijkmatig verdeelde korte vezelversterking als fundering heeft.
Als gevolg hiervan, Versterkte mengsels vergemakkelijken het printen en optimaliseren de sterkte en visuele kwaliteit voor meer onervaren gebruikers. Het gemak gaat gepaard met wat compromissen in maximaal mogelijke sterkte versus pure lange vezelfilamenten. Maar voor de meeste toepassingen biedt de hybride aanpak een ideale balans.
Kan elke 3D-printer koolstofvezelfilament gebruiken?
Koolstofvezelfilamenten zijn weliswaar speciaal ontworpen voor 3D-printen, maar niet alle desktopprinters kunnen ze standaard gebruiken. Het taaie, schurende materiaal stelt een aantal unieke eisen. Laten we de geschiktheidsfactoren voor printers en eventuele aanpassingen die nodig zijn om koolstofvezelfilament te gebruiken, eens bekijken.
1. Geschiktheid van koolstofvezelfilament voor printers
Omdat het materiaal schurend is en de neiging heeft om belangrijke onderdelen langzaam maar zeker te eroderen, zijn voor koolstofvezelfilament printers nodig die zijn gemaakt met compatibele geharde onderdelen om alleen al de basisfunctionaliteit uit te voeren:
- Gehard stalen sproeiers: Standaard messing nozzles slijten snel door slijtage door de stijve koolstofvezels, waardoor impedantie of totale nozzle-uitval riskeert. Gehard staal is bijna vereist.
- Gesloten frame: Blootgestelde Bowden-buizen slijten ook na verloop van tijd, wat tot problemen met de voeding of mislukte afdrukken leidt. Gesloten frames beschermen buizen.
- Versterkte extrudeertandwielen: Om de stijfheid van de voeding te waarborgen, moeten de extrudeertandwielen van slijtvaste metalen zijn gemaakt om grip te behouden zonder dat ze afslijten.
- Verwarmde bedden: Problemen met kromtrekken en bedhechting vereisen verwarmde printbedden die temperaturen tot 100 ̊C+ kunnen bereiken voor een betere grip op de eerste laag.
Printers die niet over deze minimumspecificaties beschikken, kunnen niet betrouwbaar functionele koolstofvezelonderdelen printen zonder dat de onderdelen door slijtage snel kapotgaan.QIDI Tech 3D-printers zijn voorzien van zowel messing als gehard stalen nozzles. Hierdoor kunnen gebruikers standaard- en koolstofvezelfilamenten printen zonder dat ze wijzigingen of toevoegingen hoeven aan te brengen.
2. Noodzakelijke aanpassingen voor het gebruik van koolstofvezelfilament
Voor printers zonder geharde componenten geïnstalleerd maar anderszins technisch capabel, is alle hoop niet verloren. Enkele aanpassingen maken het werken met koolstofvezel mogelijk:
- Mondstukwissels: Vervang standaard sproeiers door sproeiers van gehard staal.
- Bowden & Frame Bescherming: Neem voorzorgsmaatregelen, zoals het afschermen van buizen en verlengstukken, door middel van omhulsels.
- Extruder-tandwielupgrades: Vervang standaard tandwielen op de lange termijn door metalen alternatieven.
- Oppervlaktevoorbereiding: Soms kunnen aanvullende hechtingsoplossingen het ontbreken van verwarmde bedden compenseren.
Met zorg en geleidelijke verbeteringen om de onderdelen die het meest slijten te beschermen, wordt koolstofvezelprinten steeds rendabeler.Maar voor de beste resultaten en blijvende betrouwbaarheid kunt u het beste kiezen voor speciaal gebouwde desktopprinters met ingebouwde bescherming. Zo voorkomt u gedoe en frustratie bij het werken met onstabiele koolstofvezelfilamenten.
Waarom koolstofvezelfilament kiezen voor 3D-printen?
Nu we de productieprocessen, de soorten koolstofvezelfilamenten en de compatibiliteit van printers hebben besproken, gaan we het beslissingsmoment bekijken: waarom koolstofvezelfilament gebruiken versus meer traditionele 3D-printmaterialen? Welke unieke voor- en nadelen hebben versterkte koolstofvezelfilamenten?
1. Voordelen van het gebruik van koolstofvezelfilament
Koolstofvezelcomposieten bieden vier belangrijke voordelen die niet te evenaren zijn met standaardkunststoffen:
- Sterkte en stijfheid:Met koolstofvezel geprinte onderdelen zijn de sterkte-gewichtsverhoudingen zelfs vijf keer hoger dan die van metalen zoals staal en aluminium. Ze zijn bijzonder duurzaam en bestand tegen belasting, terwijl ze toch een zeer lichte totale massa behouden.
- Dimensionale stabiliteit: Dankzij de extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt dankzij de stijve koolstofvezelversterking behouden geprinte onderdelen nauwkeurige toleranties over een groot temperatuurverschil, zonder dat ze meer dan 1% uitzetten of krimpen.
- Visuele kwaliteit: De koolstofvezelstrengen verbeteren de eerste laagtractie en daaropvolgende hechting tussen printlagen. Dit vult de dimensionale stabiliteit aan met prachtige visuele laaghechtingskwaliteit zonder zichtbare stappen en verbeterde oppervlakteafwerkingen.
- Hitte- en vlambestendigheid: Koolstofvezel wordt al gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en de motorsport. De hoge chemische bestendigheid maakt het geschikt voor geprinte onderdelen die bestand zijn tegen extreem hoge temperaturen van meer dan 150°C voordat ze zacht worden. Ook heeft het niet-ontvlambare eigenschappen.
Van het benutten van extreem lichtgewicht sterkte tot het weerstaan van temperatuur of chemische degradatie, koolstofvezelfilamenten maken toepassingen mogelijk die veel verder gaan dan de doorsnee toepassingen. PLA en ABS afdrukken met eigenschappen die eenvoudigweg niet in huishoudelijk plastic voorkomen.
2. Nadelen van koolstofvezelfilament
Het realiseren van die felbegeerde prestatievoordelen brengt echter ook een aantal praktische nadelen met zich mee die u in overweging moet nemen:
- Schurend vermogen: De robuuste koolstofvezels eroderen snel spuitmonden, tandwielen en componenten die niet speciaal zijn gehard, waardoor de brede compatibiliteit van de printer en de levensduur van de onderdelen worden beperkt.
- Broosheid en stijfheid: Hoewel koolstofvezelcomposieten sterk en stijf zijn, missen ze flexibiliteit en slagvastheid. Ze kunnen plotseling bezwijken onder te veel kracht, in plaats van tijdelijk te buigen zoals ABS of nylon.
- Geleidbaarheid: De hoge thermische en elektrische geleidbaarheid kan het printen in gesloten ruimtes bemoeilijken als er geen thermische controle is, waardoor het risico op oververhitting of kortsluiting ontstaat.
Dankzij de slimme vezelversterking die kromtrekken minimaliseert, de lage vochtopname en dichtheid, plus slijtvastheid, PA12-CF koolstofvezelfilament van QIDI Tech biedt een uitstekende oplossing voor de problemen met broosheid, thermische geleidbaarheid en abrasiviteit waarmee standaard koolstofcomposieten te maken hebben. Dit maakt het mogelijk om meer van de genoemde voordelen te behalen met minder van de typische nadelen.
Tips voor 3D-printen met koolstofvezelfilament
We hebben de achtergrond, typen, geschiktheidsfactoren en afwegingen van versterkte koolstofvezelfilamenten besproken. Laten we nu dieper ingaan op het succesvol printen met dit speciale materiaal met behulp van desktop 3D-printers.Volg deze tips en best practices voor een soepel en effectief gebruik van koolstofvezelfilament.
- Langzame afdruksnelheden omlaag: Het stijve materiaal is vloeibestendig, dus verlaag de snelheid met 30-50% om de extrusie te vergemakkelijken. 45-80 mm/s werkt goed.
- Maximaliseer afdruktemperaturen:Hitte zorgt ervoor dat het filament zachter uit de nozzle stroomt. Zorg er daarom voor dat u de bovenste veiligheidslimieten van uw hot-end bereikt voor eenvoudiger extrusie zonder risico op vastlopen. 250‒320 ̊C is ideaal.
- Gesloten verwarmde kamer: Isoleer het printgebied en zorg voor extra warmte om de omgevingstemperatuur hoog te houden. QIDI Tech 3D-printers beschikken over een geavanceerde, afgesloten kamer met actieve verwarmingsregeling. Dit vergemakkelijkt de stroming en voorkomt kromtrekken van onderdelen. Aanbevolen wordt een temperatuur van 50-80 ̊C.
- Intrekkingsinstellingen inschakelen:Trek het filament tussen de printbewegingen iets terug om problemen met draadvorming te voorkomen die ontstaan door overmatig lekken, wat vaak voorkomt bij stijve composieten.
- Perfect waterpas bed: Controleer de squish van de eerste laag en het nivelleren van het platform opnieuw om een goede hechting te garanderen vanwege de verminderde tractie van koolstofvezel in vergelijking met andere kunststoffen.
Houd rekening met variabelen uit de materiaalkunde achter koolstofvezel, herhaal op basis van testprints en het maken van mooie, sterke, versterkte prints wordt na verloop van tijd door oefening steeds eenvoudiger.
Ontdek het potentieel van koolstofvezel voor uw 3D-printbehoeften!
Koolstofvezel opent nieuwe 3D-printmogelijkheden voor lichtgewicht, duurzame, hittebestendige onderdelen die onmogelijk zijn met gewone kunststoffen. Hoewel niet zo eenvoudig als standaardmaterialen, opent koolstofvezel de deur naar het ontwikkelen van op maat gemaakte oplossingen die voldoen aan specifieke eisen die basiskunststoffen niet kunnen waarmaken. Profiteer van de opkomst van meer versterkte filamenten door opties te onderzoeken, printers te upgraden, profielen te optimaliseren door herhaling en uiteindelijk de ideale parameters voor uw toepassingsbehoeften te ontdekken.
Veelgestelde vragen over koolstofvezelfilament voor 3D-printen
V: Hoe sterk is koolstofvezelfilament?
A: Koolstofvezelfilament kan 5 keer sterker zijn dan staal en aluminium qua gewicht. Onderdelen die met koolstofvezelfilament zijn geprint, bieden uitzonderlijke duurzaamheid en belastingsweerstand, terwijl ze een zeer lichte algehele massa behouden.
V: Hoe bewaar je koolstofvezelfilamenten?
A: Bewaar koolstofvezelfilament op een koele, droge plaats, uit de buurt van vocht. Ideale opslagomstandigheden zijn rond de 18-25°C en 35-55% relatieve vochtigheid. Vermijd temperatuurschommelingen en blootstelling aan direct zonlicht.
V: Is 3D-geprinte koolstofvezel beter dan ABS?
A: Ja, koolstofvezelfilament is over het algemeen sterker en stijver dan ABS-kunststof. Het heeft ook een lagere thermische uitzetting, betere hittebestendigheid en een verbeterde visuele kwaliteit met minder zichtbare laaglijnen. Het nadeel is dat koolstofvezel brozer is.
V: Is 3D-printen met koolstofvezel de moeite waard?
A: Voor toepassingen die een hoge sterkte, laag gewicht, dimensionale stabiliteit en hittebestendigheid vereisen, kan koolstofvezel oplossingen bieden die niet mogelijk zijn met gewone kunststoffen, dus het is de moeite waard om te onderzoeken. Het vereist wel meer geoptimaliseerde printers en ingeprogrammeerde instellingen.
V: Is het veilig om op koolstofvezel te printen?
A: Met de juiste nozzle en machine-upgrades om het schurende materiaal te verwerken, is het printen van koolstofvezelfilament veilig. Goede ventilatie wordt aanbevolen, zoals bij elk 3D-printmateriaal.
V: Is koolstofvezelfilament sterker dan PLA?
A: Ja, koolstofvezelversterkte filamenten zijn veel sterker dan standaard PLA wat betreft treksterkte, stijfheid en maximale draagkracht.