Imprimare 3D cu filament din fibră de carbon: Ghid final

Filamentul din fibră de carbon este un material nou care face valuri în imprimarea 3D și fabricarea aditivă. După cum sugerează și numele, încorporează fibră de carbon - o fibră solidă și ușoară utilizată în industria aerospațială și sportivă și realizată din fire subțiri de carbon. Acest lucru permite filamentului din fibră de carbon să producă piese imprimate 3D cu durabilitate excepțională, care sunt încă ușoare. Dar ce este exact filamentul din fibră de carbon și de ce ar trebui să aibă grijă celor implicați în imprimarea 3D? Să începem cu elementele de bază.

Istoria și fabricarea filamentului din fibră de carbon

În timp ce filamentul de fibră de carbon imprimabil 3D tocmai iese la iveală, bazele au fost puse înapoi la sfârşitul anilor 1950. Aceasta a fost cea mai timpurie explorare a stratificării și țeserii fibrei de carbon în materiale rășinoase ranforsate. Avanză rapid până în 1981 - industria a produs primele biciclete și crose de golf din compozit folosind fibre de carbon subțiri pentru o rezistență ușoară fără precedent.

În ultimii ani, producătorii au folosit aceleași principii pentru a dezvolta filamente speciale din fibră de carbon compatibile cu imprimantele 3D desktop. Procesul de producție aliniază fire lungi de fibră de carbon într-un material de bază polimer, cum ar fi ABS sau nailon. Imprimarea 3D construiește apoi părți prin așezarea materialului infuzat cu fibră de carbon strat cu strat, conform design-urilor digitale.

Fibra de carbon nu numai că sporește rezistența și rigiditatea, reducând în același timp greutatea - coeficientul său scăzut de dilatare termică ajută la combaterea problemelor de deformare și acuratețe dimensională asociate cu fluctuațiile de temperatură. Acest amestec unic de proprietăți permite unelte mai funcționale imprimate 3D în industria auto, aerospațială și chiar în articolele sportive, acolo unde materialele tradiționale sunt insuficiente.

Tipuri de filament din fibră de carbon

Acum că am acoperit elementele de bază ale modului în care filamentul de fibră de carbon imprimabil 3D a evoluat din compozitele de calitate aerospațială, să trecem peste tipurile specifice disponibile astăzi. Există câteva soiuri de bază diferențiate prin lungimea fibrei de carbon și metoda de întărire.

1. Filament scurt din fibră de carbon

După cum sugerează și numele, fibrele de carbon conținute în acest filament sunt mici și măsoară în general aproximativ 0,1-0,7 mm lungime. Gândiți-vă la șuvițe scurte față de șuvițele mai lungi asemănătoare părului.

Lungimea scurtă ajută la extrudare și la calitatea generală a procesului de imprimare. Dar vine cu unele compromisuri în comparație cu filamentele mai lungi din fibră de carbon. În plus, fibra scurtă de carbon se dispersează uniform și previzibil prin straturile de imprimare, fără riscul ca fibrele să se adună în pete. Proprietățile izotrope înseamnă, de asemenea, că piesele au rezistențe similare în toate direcțiile.

Dezavantajele utilizării filamentului scurt din fibră de carbon includ câștiguri de rezistență mai puțin dramatice față de alte compozite, precum și linii de strat mai vizibile pe curbele sau unghiuri înclinate. Șuvițele scurte au pur și simplu mai puțin potențial de întărire decât opțiunile mai lungi.

2. Filament lung din fibră de carbon

Din nou fidel numelui, filamentele lungi de fibră de carbon utilizează fire de fibră de carbon mai asemănătoare părului, cu o lungime de aproximativ 6-12 mm. Fibrele mai lungi permit o întărire mai mare, dar au un potențial crescut de dispersie neuniformă dacă nu sunt optimizate corect.

Avantajele includ raporturi excepționale rezistență-greutate care reflectă o armătură mai unidirecțională cu fibră de carbon. Proprietățile anizotrope înseamnă, de asemenea, câștiguri notabile de rezistență, în principal în conformitate cu direcția stratului de imprimare, comparativ cu proprietăți mai compromise la unghiuri perpendiculare. Mai puțină vizibilitate a stratului îmbunătățește, de asemenea, finisarea suprafeței pe curbe și printuri de înaltă calitate.

Dezavantajele implică în primul rând îngrijire sporită pentru a preveni înfundarea duzei și aglomerarea neuniformă atunci când firele mai lungi se încurcă sau se încurcă. Găsirea setărilor și configurațiilor optime este, de asemenea, mai dificilă. Înclinarea dramatică a rezistenței direcționale necesită luarea în considerare a direcției sarcinii atunci când proiectați părți funcționale.

3. Filament ranforsat din fibra de carbon

Filamentele armate din fibră de carbon adoptă o abordare hibridă - infuzând materiale plastice de bază precum ABS și nailon cu fibre de carbon foarte scurte pentru rezistență dispersă, apoi adăugând fire suplimentare continue de fibră de carbon pentru o întărire și mai mare.

Acest lucru permite o performanță mecanică puternică, similară cu filamentele de fibre lungi pure, datorită firelor manuale de fibre. Dar evită problemele imprevizibile de aglomerare, deoarece materialul de bază are deja o armătură cu fibre scurte dispersate uniform ca fundație.

Ca urmare, amestecurile întărite facilitează imprimarea, în timp ce optimizează rezistența și calitatea vizuală pentru mai mulți utilizatori începători. Ușurința vine cu unele compromisuri în rezistența maximă posibilă față de filamentele de fibre lungi pure. Dar pentru majoritatea aplicațiilor, abordarea hibridă aduce un echilibru ideal.

Orice imprimantă 3D poate folosi filament din fibră de carbon?

Filamentele din fibră de carbon pot fi proiectate special pentru suportul de imprimare 3D, dar nu toate imprimantele desktop le pot folosi neapărat din nou. Materialul dur, abraziv prezintă anumite cerințe unice. Să analizăm factorii de adecvare a imprimantei și orice modificări necesare pentru utilizarea filamentului din fibră de carbon.

1. Adecvarea imprimantei pentru filamentul din fibră de carbon

Datorită abrazivității materialului și tendinței de a eroda lent, dar sigur componentele vitale, filamentul din fibră de carbon necesită imprimante realizate cu piese întărite compatibile doar pentru a gestiona funcționalitatea de bază:

• Duze din oțel călit: Duzele standard din alamă se uzează rapid sub abraziunea fibrelor rigide de carbon, riscând impedanța sau defectarea totală a duzei. Oțelul călit este aproape necesar.
• Cadru închis: Tuburile Bowden expuse se uzează și ele în timp, provocând probleme de alimentare sau imprimări eșuate. Cadrele închise protejează tuburile.
• Echipament de extrudare ranforsat: Rigiditatea de alimentare necesită roți dințate ale extruderului din metale rezistente la abraziune pentru a menține aderența fără dezlipire.
• Paturi incalzite: Problemele de deformare și aderență la pat necesită paturi de imprimare încălzite capabile de 100 ̊C+ pentru o tracțiune mai bună pe primul strat.

Imprimantele care nu au aceste specificații minime nu pot imprima în mod fiabil piese funcționale din fibră de carbon din cutie fără ca componentele să se uzeze până la defecțiune foarte repede din cauza abraziunii.Imprimantele 3D QIDI Tech includ atât duze din alamă, cât și duze din oțel călit. Acest lucru permite utilizatorilor să imprime filamente standard și din fibră de carbon fără a fi nevoie să facă modificări sau completări.

2. Modificările necesare pentru utilizarea filamentului din fibră de carbon

Pentru imprimantele fără componente întărite instalate, dar capabile din punct de vedere tehnic, orice speranță nu este pierdută. Unele modificări permit lucrul cu fibră de carbon:

• Schimbări duze: Înlocuiți duzele standard cu oțel călit.
• Protecție Bowden și cadru: Adăugați măsuri de precauție, cum ar fi manșonul, pentru a proteja tuburile și extensiile.
• Upgrade-uri pentru echipamentele extruderului: Schimbați angrenajele standard cu alternative metalice pe termen lung.
• Pregătirea suprafeței: Soluțiile suplimentare de aderență pot compensa uneori lipsa patului încălzit.

Cu grijă și îmbunătățiri treptate pentru a proteja componentele care văd cea mai mare uzură, imprimarea cu fibră de carbon devine mai viabilă.Dar pentru cele mai ușoare rezultate și fiabilitate susținută, optarea pentru imprimante desktop special create cu protecție integrată îndepărtează necazurile și frustrarea atunci când lucrați cu filamente temperamentale din fibră de carbon.

De ce să alegeți filamentul din fibră de carbon pentru imprimarea 3D?

Acum că am acoperit procesele de fabricație, tipurile de filamente din fibră de carbon și considerațiile privind compatibilitatea imprimantei, haideți să explorăm punctul de decizie - de ce folosiți filament de fibră de carbon față de materialele de imprimare 3D mai tradiționale? Ce beneficii și dezavantaje unice vin cu filamentele întărite din fibră de carbon?

1. Avantajele utilizării filamentului din fibră de carbon

Compozitele din fibră de carbon aduc patru avantaje principale de neegalat de materialele plastice de bază:

• Forță și rigiditate:Cu un raport rezistență-greutate care depășește de până la 5X chiar și metalele precum oțelul și aluminiul, piesele imprimate cu fibră de carbon oferă durabilitate și rezistență remarcabile la încărcare, păstrând în același timp o masă totală foarte ușoară.
• Stabilitate dimensională: Coeficientul de dilatare termică extrem de scăzut datorită armăturii rigide cu fibră de carbon înseamnă că piesele imprimate păstrează toleranțe precise peste o deltă largă de temperaturi ambientale fără a se extinde sau contracta cu mai mult de 1%.
• Calitate vizuală: Șuvițele din fibră de carbon sporesc tracțiunea primului strat și aderența ulterioară între straturile de imprimare. Acest lucru completează stabilitatea dimensională cu o calitate vizuală superbă a lipirii stratului, lipsită de trepte vizibile și finisaje îmbunătățite ale suprafeței.
• Rezistenta la caldura si la flacara: Deja utilizată în industria aerospațială și în sporturile cu motor, rezistența chimică ridicată a fibrei de carbon se transformă în piese imprimate rezistând la temperaturi extrem de ridicate care depășesc 150°C înainte de a se înmuia, precum și caracteristici neinflamabile.

De la valorificarea rezistenței extrem de ușoare până la rezistența la temperatură sau la degradarea chimică, filamentele din fibră de carbon permit aplicații cu mult dincolo de cele standard. PLA și ABS imprimă prin proprietăți pur și simplu care nu se găsesc în plasticul de uz casnic.

2. Dezavantajele filamentului din fibră de carbon

Cu toate acestea, realizarea acestor beneficii râvnite de performanță vine cu câteva dezavantaje practice de luat în considerare și:

• Abrazivitate: Șuvițele robuste din fibră de carbon erodează rapid duzele, angrenajele și componentele neîntărite în mod special, limitând compatibilitatea largă a imprimantei și longevitatea pieselor.
• fragilitate și rigiditate: Deși sunt puternice și rigide, compozitele din fibră de carbon nu au flexibilitate și rezistență la impact, prin comparație, cedând brusc sub prea multă forță, mai degrabă decât se îndoaie temporar ca ABS sau nailon.
• Conductivitate: Conductivitatea termică și electrică ridicată poate complica imprimarea închisă în absența controalelor termice, riscând supraîncălzirea sau scurtcircuitele.

Cu întărirea sa inteligentă cu fibre care minimizează deformarea, absorbția scăzută a umidității și densitatea, plus rezistența la uzură, Filamentul din fibră de carbon PA12-CF QIDI Tech oferă o soluție excelentă la problemele de fragilitate, conductivitate termică și abrazive cu care se confruntă compozitele standard de carbon. Acest lucru permite capturarea mai multor beneficii menționate cu mai puține dezavantaje tipice.

Sfaturi pentru imprimarea 3D cu filament din fibră de carbon

Am acoperit fundalul, tipurile, factorii de adecvare și compromisurile filamentelor armate din fibră de carbon. Acum haideți să studiem cu succes tipărirea cu acest material special folosind imprimante 3D desktop.Urmați aceste sfaturi și cele mai bune practici pentru o utilizare lină și eficientă a filamentului din fibră de carbon.

• Viteze de imprimare reduse: Materialul rigid rezistă curgerii cu ușurință, așa că reduceți vitezele cu 30-50% pentru a ușura extrudarea.45-80mm/s funcționează bine.
• Maximizați temperaturile de imprimare:Căldura înmoaie fluxul de filament de la duză, așa că împingeți până la limitele superioare ale gradului de siguranță al terminalului dvs. fierbinte pentru o extrudare mai ușoară fără a risca blocaje. 250‒320 ̊C este ideal.
• Cameră încălzită închisă: Izolați zona de imprimare și introduceți căldură suplimentară pentru a menține temperaturile ambientale ridicate. Imprimante 3D QIDI Tech prezintă o cameră închisă avansată cu control activ al încălzirii. Acest lucru ușurează și mai mult fluxul și previne deformarea pieselor. Se recomandă 50-80 ̊C.
• Activați setările de retragere:Trageți ușor filamentul în spate între călătoriile de imprimare pentru a atenua problemele de încordare care decurg din excesul de scurgere obișnuit cu compozitele rigide.
• Patul nivelat perfect: Verificați din nou zdrobirea primului strat și nivelarea platformei pentru a asigura o aderență adecvată pentru tracțiunea diminuată pe strat a fibrei de carbon față de alte materiale plastice.

Luați în considerare variabilele din știința materialelor din spatele fibrei de carbon, repetarea pe baza unor printuri de testare, iar obținerea de printuri frumoase și puternice devine mai simplă în timp prin practică.

Deblocați potențialul fibrei de carbon pentru nevoile dvs. de imprimare 3D!

Fibra de carbon deschide noi posibilități de imprimare 3D pentru piese ușoare, durabile și rezistente la căldură, imposibile cu materialele plastice obișnuite. Deși nu este la fel de simplă ca materialele standard, fibra de carbon deschide ușile dezvoltării de soluții personalizate care să răspundă cerințelor speciale pe care plasticul de bază nu le poate îndeplini. Pe măsură ce apar mai multe filamente armate, profitați prin investigarea opțiunilor, modernizarea imprimantelor, optimizarea profilurilor prin repetare și, în cele din urmă, descoperirea parametrilor ideali pentru nevoile aplicației dvs.

Întrebări frecvente despre filamentul din fibră de carbon pentru imprimarea 3D

Î: Cât de puternic este filamentul din fibră de carbon?

R: Filamentul din fibră de carbon poate fi de 5 ori mai puternic decât oțelul și aluminiul în greutate. Piesele imprimate cu filament de fibră de carbon oferă durabilitate și rezistență la încărcare excepționale, păstrând în același timp o masă totală foarte ușoară.

Î: Cum depozitați filamentele din fibră de carbon?

R: Păstrați filamentul de fibră de carbon într-un loc răcoros și uscat, ferit de umiditate. Condițiile ideale de depozitare sunt în jur de 18-25°C și 35-55% umiditate relativă. Evitați variațiile de temperatură și expunerea directă la lumina soarelui.

Î: Fibra de carbon imprimată 3D este mai bună decât ABS?

R: Da, filamentul din fibră de carbon este în general mai puternic și mai rigid decât plasticul ABS. Are, de asemenea, expansiune termică mai mică, rezistență la căldură mai bună și calitate vizuală îmbunătățită, cu linii de strat mai puțin vizibile. Compensația este că fibra de carbon este mai fragilă.

Î: Merită imprimarea 3D din fibră de carbon?

R: Pentru aplicațiile care necesită rezistență ridicată, greutate redusă, stabilitate dimensională și rezistență la căldură, fibra de carbon poate permite soluții care nu sunt posibile cu materialele plastice obișnuite, așa că merită explorată. Necesită imprimante mai optimizate și setări de apelat.

Î: Este sigur să imprimați pe fibră de carbon?

R: Cu duza adecvată și actualizări ale mașinii pentru a gestiona materialul abraziv, imprimarea filamentului din fibră de carbon este sigură. Se recomandă o ventilație adecvată, ca și în cazul oricărui material de imprimare 3D.

Î: Este filamentul din fibră de carbon mai puternic decât PLA?

R: Da, filamentele armate cu fibră de carbon sunt mult mai puternice decât PLA standard în ceea ce privește rezistența la tracțiune, rigiditatea și capacitatea maximă de încărcare.

Citeşte mai mult

• Filamente noi QIDI
• Tipuri de filamente de imprimantă 3D: un ghid complet (2024)
• Filament de imprimantă 3D vs rășină: Ghid pentru începători