3D -utskrift med kolfibertråd: Ultimate Guide

Kolfiberfilament är ett nytt material som skapar vågor i 3D-utskrift och additiv tillverkning. Som namnet antyder, innehåller den kolfiber - en solid och lätt fiber som används inom flyg och sport och som är gjord av tunna kolfiber. Detta gör att kolfiberfilament kan producera 3D-printade delar med exceptionell hållbarhet som fortfarande är lätta. Men vad är egentligen kolfiberfilament och varför ska de som är involverade i 3D-utskrift bry sig? Låt oss börja med grunderna.

Historik och tillverkning av kolfiberfilament

Medan 3D-utskrivbara kolfiberfilament bara dyker upp nu, var grunden lagd tillbaka i slutet av 1950-talet. Detta såg den tidigaste utforskningen av skiktning och vävning av kolfiber till förstärkta hartsmaterial. Snabbspola fram till 1981 - Industrin producerade de allra första kompositcyklarna och golfklubborna med tunna kolfibrer för oöverträffad lättviktsstyrka.

På senare år har tillverkare har utnyttjat samma principer för att utveckla specialkolfiberfilament som är kompatibla med stationära 3D-skrivare. Produktionsprocessen riktar långa kolfibersträngar i ett polymerbasmaterial som ABS eller nylon. 3D-utskrift bygger sedan delar genom att lägga ner det kolfiberinfunderade materialet lager för lager enligt digital design.

Kolfibern stärker inte bara styrka och styvhet samtidigt som den minskar vikten - Dess låga termiska expansionskoefficient hjälper till att bekämpa skevhet och dimensionsnoggrannhetsproblem i samband med temperaturfluktuationer. Denna unika blandning av egenskaper möjliggör mer funktionella 3D-utskrivna verktyg inom bil-, flyg- och till och med sportartiklar där traditionella material brister.

Typer av kolfiberfilament

Nu när vi har täckt grunderna om hur 3D-utskrivbara kolfiberfilament utvecklades från kompositer av flyg- och rymdkvalitet, låt oss gå igenom de specifika typer som finns tillgängliga idag. Det finns några kärnvarianter som skiljer sig åt genom kolfiberlängd och förstärkningsmetod.

1. Kort kolfiberfilament

Som namnet antyder, kolfibrerna i denna filament är små och mäter i allmänhet cirka 0,1-0,7 mm långa. Tänk på korta strängar kontra längre hårliknande strängar.

Den korta längden underlättar extrudering och övergripande tryckprocesskvalitet. Men det kommer med vissa kompromisser jämfört med längre kolfiberfilament. På plussidan sprider sig den korta kolfibern jämnt och förutsägbart genom tryckskikten utan risk för att fibrer klumpar sig i fläckar. Isotropiska egenskaper innebär också att delar har liknande styrkor i alla riktningar.

Nackdelarna med att använda korta kolfiberfilament inkluderar mindre dramatiska hållfasthetsvinster jämfört med andra kompositer, såväl som mer synliga lagerlinjer på sluttande kurvor eller vinklar. De korta trådarna har helt enkelt mindre förstärkningspotential än längre alternativ.

2. Lång kolfiberfilament

Ännu en gång trogen namnet, långa kolfiberfilament använder mer hårliknande kolfibersträngar som mäter ungefär 6-12 mm långa. De längre fibrerna möjliggör större förstärkning men har en ökad potential för ojämn spridning om de inte optimeras korrekt.

Fördelen inkluderar exceptionella styrka-till-vikt-förhållanden som återspeglar mer enkelriktad kolfiberförstärkning. Anisotropa egenskaper innebär också anmärkningsvärda hållfasthetsvinster främst i linje med utskriftslagrets riktning kontra mer komprometterade egenskaper vid vinkelräta vinklar. Mindre lagersynlighet förbättrar också ytfinishen på kurvor och högkvalitativa utskrifter.

Nackdelar involverar i första hand ökad försiktighet för att förhindra att munstycket täpps till och ojämn hopklumpning när de längre trådarna hopar sig eller trasslar ihop sig. Att hitta optimala inställningar och konfigurationer är också svårare. Den dramatiska riktningshållfastheten kräver att man beaktar lastriktningen när man designar funktionella delar.

3. Förstärkt kolfiberfilament

Förstärkta kolfiberfilament har en hybrid tillvägagångssätt - infunderar baslinjeplaster som ABS och nylon med mycket korta kolfibrer för spridd styrka, och lägger sedan till ytterligare kontinuerliga kolfibersträngar för ännu mer förstärkning.

Detta tillåter stark mekanisk prestanda som liknar rena långfiberfilament tack vare de manuella fibersträngarna. Men det undviker oförutsägbara klumpningsproblem eftersom basmaterialet redan har en jämnt fördelad kortfiberarmering som grund.

Som ett resultat förstärkta blandningar underlättar utskriften samtidigt som styrkan och visuell kvalitet optimeras för mer nybörjare. Lättheten kommer med vissa kompromisser i maximal styrka jämfört med rena långfibriga filament. Men för de flesta tillämpningar ger hybridmetoden en idealisk balans.

Kan vilken 3D-skrivare som helst använda kolfiberfilament?

Kolfiberfilament kan vara speciellt konstruerade för stöd för 3D-utskrift, men inte alla stationära skrivare kan nödvändigtvis använda dem direkt. Det tuffa, slipande materialet ställer några unika krav. Låt oss bryta ner skrivarens lämplighetsfaktorer och eventuella ändringar som behövs för att använda kolfiberfilament.

1. Lämplighet för skrivare för kolfiberfilament

Tack vare materialets nötningsförmåga och tendens att sakta men säkert erodera viktiga komponenter kräver kolfiberfilament skrivare gjorda med kompatibla härdade delar bara för att hantera grundläggande funktionalitet:

• Munstycken av härdat stål: Standardmässingsmunstycken slits snabbt under nötning från de styva kolfibrerna, vilket riskerar impedans eller totalt munstycksfel. Härdat stål är allt annat än nödvändigt.
• Medföljande ram: Exponerade Bowden-rör slits också med tiden, vilket orsakar matningsproblem eller misslyckade utskrifter. Slutna ramar skyddar rören.
• Förstärkt extruderutrustning: Matningsstyvhet kräver extruderväxlar gjorda av nötningsbeständiga metaller för att bibehålla greppet utan att skala.
• Uppvärmda sängar: Vridnings- och bäddvidhäftningsproblem kräver uppvärmda utskriftsbäddar som kan 100 ̊C+ för bättre grepp i första lagret.

Skrivare som saknar dessa minimispecifikationer kan inte på ett tillförlitligt sätt skriva ut funktionella kolfiberdelar ur kartongen utan att komponenter slits ner till fel mycket snabbt på grund av nötning.QIDI Tech 3D-skrivare inkluderar munstycken av både mässing och härdat stål. Detta tillåter användare att skriva ut standard- och kolfiberfilament utan att behöva göra några ändringar eller tillägg.

2. Nödvändiga ändringar för att använda kolfiberfilament

För skrivare utan härdade komponenter installerade men i övrigt tekniskt kapabla är inte allt hopp ute. Vissa modifieringar gör det möjligt att arbeta med kolfiber:

• Munstyckesbyten: Byt ut standardmunstycken mot härdat stål.
• Bowden och ramskydd: Lägg till försiktighetsåtgärder som hylsor för att skydda rör och förlängningar.
• Uppgraderingar av extruderutrustning: Byt ut standardväxlar mot metallalternativ på lång sikt.
• Ytförberedelse: Ytterligare vidhäftningslösningar kan ibland kompensera för bristen på uppvärmda sängar.

Med omsorg och gradvisa uppgraderingar för att skydda komponenter som slits mest, blir kolfiberutskrifter mer lönsamma.Men för de enklaste resultaten och bibehållen tillförlitlighet, väljer du specialbyggda skrivbordsskrivare med inbyggt skydd tar du bort krångel och frustration när du arbetar med temperamentsfulla kolfiberfilament.

Varför välja kolfiberfilament för 3D-utskrift?

Nu när vi har täckt tillverkningsprocesserna, typerna av kolfiberfilament och överväganden om skrivarkompatibilitet, låt oss utforska beslutspunkten - varför använda kolfiberfilament kontra mer traditionellt 3D-utskriftsmaterial? Vilka unika fördelar och nackdelar kommer med förstärkta kolfiberfilament?

1. Fördelar med att använda kolfiberfilament

Kolfiberkompositer ger fyra huvudsakliga fördelar oöverträffade av baslinjeplast:

• Styrka och styvhet:Med styrka-till-vikt-förhållanden som överstiger jämna metaller som stål och aluminium med upp till 5X, ger kolfibertryckta delar anmärkningsvärd hållbarhet och belastningsmotstånd samtidigt som de behåller mycket lätt total massa.
• Dimensionell stabilitet: Extremt låg värmeutvidgningskoefficient tack vare den styva kolfiberförstärkningen innebär att tryckta delar håller exakta toleranser över ett brett delta av omgivande temperaturer utan att expandera eller dra ihop sig med mer än 1 %.
• Visuell kvalitet: Kolfibersträngarna förbättrar det första skiktets dragkraft och efterföljande vidhäftning mellan tryckskikten. Detta kompletterar dimensionell stabilitet med en fantastisk visuell skiktbindningskvalitet som saknar synliga steg och förbättrad ytfinish.
• Värme- och flambeständighet: Kolfibers höga kemiska motståndskraft, som redan används inom flyg- och motorsport, omvandlas till tryckta delar som tål extremt höga temperaturer som överstiger 150°C innan de mjuknar upp samt till icke brännbara egenskaper.

Från att utnyttja extrem lättviktsstyrka till att motstå temperatur eller kemisk nedbrytning, kolfiberfilament möjliggör applikationer långt bortom användningen PLA och ABS skriver ut genom egenskaper som helt enkelt inte finns i hushållsplast.

2. Nackdelar med kolfiberfilament

Men att inse dessa eftertraktade prestandafördelar kommer med några praktiska nackdelar att överväga också:

• Slipande egenskaper: De robusta kolfibersträngarna eroderar snabbt munstycken, kugghjul och komponenter som inte är speciellt härdade, vilket begränsar bred skrivarkompatibilitet och delars livslängd.
• Sprödhet och stelhet: Även om de är starka och styva, saknar kolfiberkompositer flexibilitet och slagtålighet, i jämförelse, misslyckas de plötsligt under för mycket kraft snarare än att böjas tillfälligt som ABS eller nylon.
• Ledningsförmåga: Den höga termiska och elektriska ledningsförmågan kan komplicera sluten utskrift i avsaknad av termiska kontroller, riskera överhettning eller kortslutning.

Med sin smarta fiberförstärkning som minimerar skevhet, låg fuktabsorption och densitet, plus slitstyrka, QIDI Techs PA12-CF kolfiberfilament ger en utmärkt lösning på problem med sprödhet, värmeledningsförmåga och nötning som standard kolkompositer står inför. Detta gör det möjligt att fånga fler av de nämnda fördelarna med färre av de typiska nackdelarna.

Tips för 3D-utskrift med kolfiberfilament

Vi har täckt bakgrunden, typerna, lämplighetsfaktorerna och avvägningarna för förstärkta kolfiberfilament. Låt oss nu gå igenom hur du lyckas skriva ut med detta speciella material med hjälp av stationära 3D-skrivare.Följ dessa tips och bästa praxis för smidig och effektiv användning av kolfiberfilament.

• Långsamma utskriftshastigheter: Det styva materialet motstår att flyta lätt, så minska hastigheterna 30-50% för att underlätta extruderingen. 45-80 mm/s fungerar bra.
• Maximera utskriftstemperaturer:Värme mjukar upp filamentflödet från munstycket, så tryck till de övre gränserna för din heta ändes säkerhetsklassning för enklare extrudering utan att riskera stopp. 250‒320 ̊C är idealiskt.
• Sluten uppvärmd kammare: Isolera utskriftsområdet och tillför extra värme för att hålla omgivningstemperaturerna höga. QIDI Tech 3D-skrivare har en avancerad sluten kammare med aktiv värmekontroll. Detta underlättar flödet ytterligare och förhindrar att de delar deformeras. 50-80 ̊C rekommenderas.
• Aktivera indragningsinställningar:Dra tillbaka glödtråden något mellan utskriftsrörelserna för att lindra strängningsproblem som härrör från överflödig sipp som är vanligt med styva kompositer.
• Level Bed Perfectly: Återverifiera det första lagrets squish och plattformsutjämning för att säkerställa korrekt vidhäftning för kolfibers minskade dragkraft i bädden jämfört med annan plast.

Ta hänsyn till variabler från materialvetenskapen bakom kolfiber, iterera baserat på testutskrifter, och att uppnå vackra starka förstärkta tryck blir enklare med tiden genom övning.

Lås upp kolfiberns potential för dina 3D-utskriftsbehov!

Kolfiber öppnar nya 3D-utskriftsmöjligheter för lätta, hållbara, värmebeständiga delar omöjliga med vanlig plast. Även om det inte är så enkelt som standardmaterial, öppnar kolfiber dörrar för att utveckla skräddarsydda lösningar som möter särskilda krav som basplaster inte kan uppfylla. När fler förstärkta filament dyker upp, dra fördel genom att undersöka alternativ, uppgradera skrivare, optimera profiler genom upprepning och slutligen upptäcka de idealiska parametrarna för dina applikationsbehov.

Vanliga frågor om kolfiberfilament för 3D-utskrift

F: Hur stark är kolfiberfilament?

S: Kolfiberfilament kan vara 5 gånger starkare än stål och aluminium i vikt. Delar tryckta med kolfiberfilament erbjuder exceptionell hållbarhet och belastningsmotstånd samtidigt som de behåller en mycket lätt total massa.

F: Hur lagrar du kolfiberfilament?

S: Förvara kolfiberfilament på en sval, torr plats borta från fukt. Idealiska lagringsförhållanden är runt 18-25°C och 35-55% relativ luftfuktighet. Undvik temperatursvängningar och exponering för direkt solljus.

F: Är 3D-printad kolfiber bättre än ABS?

S: Ja, kolfiberfilament är i allmänhet starkare och styvare än ABS-plast. Den har också lägre termisk expansion, bättre värmebeständighet och förbättrad visuell kvalitet med mindre synliga lagerlinjer. Avvägningen är att kolfiber är sprödare.

F: Är 3D-utskrift av kolfiber värt det?

S: För applikationer som kräver hög hållfasthet, låg vikt, dimensionsstabilitet och värmebeständighet kan kolfiber möjliggöra lösningar som inte är möjliga med vanlig plast, så det är värt att utforska. Det kräver mer optimerade skrivare och uppringda inställningar.

F: Är det säkert att skriva ut på kolfiber?

S: Med rätt munstycke och maskinuppgraderingar för att hantera det slipande materialet är utskrift av kolfiberfilament säker. Rätt ventilation rekommenderas som med alla 3D-utskrifter.

F: Är kolfiberfilament starkare än PLA?

S: Ja, kolfiberförstärkta filament är mycket starkare än standard PLA när det gäller draghållfasthet, styvhet och maximal belastningskapacitet.

Läs mer

• QIDI Nya filament
• Filamenttyper för 3D-skrivare: En komplett guide (2024)
• 3D-skrivare Filament vs Resin: Nybörjarguide