CARBONFASER-FILAMENTE: ALLES, WAS SIE WISSEN MÜSSEN

Von der Glühbirne bis zu Weltraumraketen übernehmen und ersetzen Kohlefaserfilamente in mehreren Branchen Stahl- und Metallteile. Warum? Nun, Kohlefaser ist fünfmal stärker als Stahl und gleichzeitig leichter. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Kohlefasern für Anwendungen, bei denen es auf die Eigenschaften eines Materials ankommt, um die Leistung zu optimieren, was insbesondere in der Automobil-, Militär-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen ähnlichen Branchen wünschenswert ist.

Was sind Kohlefaserfilamente?

Kohlenstofffasern wurden erstmals 1860 von Sir Joseph Wilson Swan entdeckt. Später verwendete Thomas Edison zellulosebasiertes Kohlefasermaterial in den ersten Glühbirnen, die mit Strom erhitzt wurden. Seine hohe Hitzebeständigkeit machte es zu idealen elektrischen Leitern. Obwohl es Kohlenstofffasern schon seit über 150 Jahren gibt, gelangten neue Arten von Kohlenstofffasern erst Ende der 1970er Jahre auf den Weltmarkt. Diese neueren Fasern enthalten mehr als 90 % Kohlenstoff und weisen ein deutlich verbessertes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Steifigkeit zu Gewicht auf. Dank dieser modernen Fortschritte sowie der Reduzierung der Herstellungskosten konnten wir das Potenzial von Kohlefasermaterial vollständig verstehen.

Wie viele von Ihnen wahrscheinlich bereits wissen, werden Carbonfasern selten allein verwendet. Normalerweise werden sie mit anderen Materialien kombiniert, um ein Verbundmaterial zu bilden; Kohlenstoffverbundwerkstoffe bestehen (neben Kohlenstofffasern) normalerweise aus Polymeren. Durch diese Kombination erhalten Sie einen stärkeren und leichteren Kunststoff mit erhöhter Steifigkeit.

3D-gedruckte Modelle aus Kohlefaserfilamenten können zur Herstellung vieler Produkte verwendet werden, beispielsweise Propellerblätter, Fahrradrahmen, Flugzeugflügel, Autokomponenten usw.

Kohlefaserfilament besteht aus Kohlefasern, gemischt mit einem thermoplastischen Grundmaterial. Es gibt viele verschiedene Filamente, die mit Kohlefaserteilen erworben werden können, darunter PETG , PLA , Abs Und Nylonfilament . Diese Fasern allein sind extrem stark, und wenn wir sie mit dem Grundmaterial mischen, erhöhen wir die Steifigkeit und Festigkeit des Filaments und reduzieren gleichzeitig sein Gesamtgewicht.

Die Druckparameter eines 3D-Druckers für Kohlefaserfilamente Sie sollten denen des Grundmaterials ähneln, dem die Kohlefaserfilamente hinzugefügt wurden. Da Kohlefaserfilamente abrasiv sind und die Spitzen von 3D-Druckern verstopfen können, empfehlen wir die Verwendung eine Spitze aus gehärtetem Stahl . Leider können nicht alle 3D-Drucker mit Kohlefaserfilamenten drucken, da dieses Material eine hohe Extrusionstemperatur (mindestens 230 °C) erfordert und seine abrasive Beschaffenheit Messingspitzen beschädigen kann (weshalb wir die Stahlspitze empfohlen haben). Wenn Sie einen FDM-Drucker wie den Ender 3 V2 haben, machen Sie sich keine Sorgen, mit den richtigen Modifikationen am Ender 3 können Sie von Carbonfaser-Filament auf flexibles Filament drucken. Sie müssen lediglich den Micro Swiss-Extruder mit Direktantrieb installieren und eine Stahlspitze verwenden.

Einige Unternehmen haben Kohlefaserfilamente in einer noch technischeren Richtung entwickelt. Die Basismaterialien solcher Filamente sind Hochleistungspolymere (HPP) wie PEEK. Carbon PEEK ist ein Material mit außergewöhnlichen Eigenschaften hinsichtlich thermischer, mechanischer und chemischer Beständigkeit. Dieses Filament wird in sehr spezifischen Bereichen eingesetzt, in denen eine weitere Steigerung der mechanischen Leistung für eine außergewöhnliche Leistung erforderlich ist.

Vorteile

• Gute Dimensionsstabilität: Die Zugfestigkeit des Filaments trägt zu einer höheren Dimensionsstabilität bei und hilft, ein Verziehen beim 3D-Drucken und ein Schrumpfen zu vermeiden.
• Steifigkeit: Normalerweise weisen Polymere mit hoher Festigkeit und Haltbarkeit einen Mangel an Steifigkeit auf. Bei Kohlefaser besteht dieses Problem nicht, da sie die Fähigkeit besitzt, unter hoher Belastung ihre Form beizubehalten. Diese Funktion ist in der Automobilindustrie sehr erwünscht und wird verwendet (z. B. Kfz-Halterungen oder Prüflehren).
• Insgesamt angenehme Oberflächenbeschaffenheit: Die Kohlefaserfilamente haben eine schöne matte Oberfläche. Eine extrem glatte Oberflächenbeschaffenheit ermöglicht die Druckbarkeit funktionsfähiger Prototypen.
• Stärke und Leichtigkeit: Aufgrund der enormen Zugfestigkeit und des geringen Gewichts eignen sich Carbonfasern ideal als Ersatz für Metallteile. Die geringe Dichte ist der Grund dafür, dass es so leicht ist. Diese Funktionen sind besonders in der Robotikbranche gefragt.
• Thermische Durchbiegung: Bei Hitzeeinwirkung können sich andere Materialien unter Druck oder bei erhöhten Temperaturen verformen. Das Filament Kohlefaser PAHT bietet eine hohe thermische Beständigkeit (bis zu 160 Grad Celsius). Auch der Kohlefaser-PET Es hält höheren Temperaturen bis zu 125 Grad Celsius stand. Gleichzeitig ist es sehr einfach, dieses Filament zu drucken.
• Da es so ist Hervorragende mechanische Eigenschaften , einsetzbar für verschiedene Halter, Werkzeuge, Verbundformen für verschiedene Herstellungsprozesse oder für den persönlichen Gebrauch.

Nachteile

• Schleiffaden wodurch die Messingspitzen abgenutzt werden. Wir empfehlen die Verwendung einer Stahlspitze. Kohlefaserteile schmelzen nicht. Achten Sie daher darauf, dass die Spitze nicht verstopft wird. Sie müssen den richtigen Tipp auswählen.
• Hygroskopizität: Neigung zur Feuchtigkeitsaufnahme. Es ist sehr wichtig, Ihre Nylon-Kohlenstofffaser-Filamentspulen in einer geschützten Umgebung, z. B. in einem Mylar-Beutel, und an einem versiegelten Ort aufzubewahren.
• Teuer: Aufgrund der anspruchsvollen Herstellungsprozesse von Kohlefaser ist das Material bekanntermaßen teurer als andere Filamente wie PLA oder ABS. Dies ist einer der Gründe, warum es in High-End-Produkten vorkommt, aber nicht im Massenmarkt.
• Zerbrechlich: Die Kombination aus Polymer und Kohlefaser erhöht die Zerbrechlichkeit des Materials. Der Nachteil einer hohen Steifigkeit besteht darin, dass Kohlenstofffasern bei hohen Kräften oder Drücken zerbrechen können. Das bedeutet, dass Projekte oder Objekte, die solchen Kräften ausgesetzt sind, nicht ideal für Kohlefaser sind.

Wo können Sie Kohlefaserfilamente verwenden?

• Wir können sehen, dass Carbonfasern von Hochleistungs-Rennteams verwendet werden Formel 1 .
• Der Entwicklungen in der Luft- und Raumfahrt haben gezeigt, dass Kohlefaser ein fantastisches Material zur Verstärkung von Flugzeugflügeln und -körpern ist und sogar für Raketen der nächsten Generation getestet wird. Durch die Leichtigkeit der Flügel und Körper kann mehr Treibstoff transportiert und größere Entfernungen zurückgelegt werden.
• In vielen Sportdisziplinen Wie beim Radfahren und Golf sind Geschwindigkeit und Gewicht sehr wichtig, weshalb Unternehmen mit der Verwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen experimentiert haben, um sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.
• Der Fabriken und andere Produktionsstätten Anwender der Robotik beginnen, Kohlenstofffasern zur Herstellung von Werkzeugen zu verwenden, die einem hohen Maß an Kraft standhalten und dabei nur eine minimale Hubkapazität des Roboterarms beanspruchen. Es kann für verschiedene Halter, Werkzeuge, Verbundformen für verschiedene Herstellungsprozesse oder sogar für den persönlichen Gebrauch verwendet werden.

AzureFilm Carbonfaser-PAHT-Filament

Kohlefaser-PAHT-Filament ist eines der beliebtesten und am einfachsten zu druckenden Polyamid (PA6)-Filamente, das Kohlefasern enthält. Der Grund dafür, dass dieses Material langlebig ist, eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit, gute Ermüdungsbeständigkeit, gute Chemikalienbeständigkeit, hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit aufweist, liegt darin, dass das Filament selbst bereits über die gewünschten Eigenschaften verfügt. Die meisten Hersteller entscheiden sich für geschredderte Fasern, da diese günstiger und einfacher zu verwenden sind.

Bei AzureFilm hingegen werden geschnittene Fasern verwendet, was bedeutet, dass die Zugfestigkeit höher ist, da die Fasern größer sind und das Produkt besser bindet. Neben einer hervorragenden Zug- und Schlagfestigkeit ermöglicht das Carbonfaser-PAHT-Filament einen kurzen Dauereinsatz bis zu 160 °C (maximal 200 Stunden). Dieses Filament ist vollständig kompatibel mit löslichen Medien wie z PVA , BVOH, PVOH und vollständig kompatibel mit Wechselmedien wie HIPS. Seine Wasseraufnahme benötigt etwa viermal länger bis zum Erreichen des Sättigungspunkts als unmodifiziertes PA6 und hat einen Sättigungspunkt, der fünfmal niedriger ist als bei herkömmlichen PA6-Materialien. Die Dicke der Fasern im Inneren variiert zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, weshalb wir die Verwendung einer Spitze mit einem Durchmesser von mehr als 0,6 mm empfehlen.

Voraussetzungen für die Arbeit mit Carbonfaser-PAHT-Filament:

• Beheiztes Druckbett
• Gehärtete Spitze – Aufgrund seiner abrasiven Struktur würde das Filament die Standard-Messingspitze schnell verschleißen. Für diesen Filamenttyp ist eine abriebfeste Spitze erforderlich. Da diese Art von Spitzen tendenziell weniger leitfähig sind als Standardspitzen, werden in der Regel höhere Extrudertemperaturen empfohlen.
• Beheizte Druckkammer (optional) – Die kontinuierliche Lagerung des Filaments an einem trockenen Ort mit Arbeitstemperatur ist eine Option, um eine konstant kontrollierte Umgebung für die beste Produktqualität sicherzustellen.
• Geschlossene Umgebung (optional) – Die Gewährleistung einer konstant kontrollierten Umgebung ist ein sehr wichtiger Faktor, der eine bessere Endqualität des Produkts ermöglicht, auch wenn dieses Filament auf Maschinen ohne beheizte Kammer 3D-gedruckt werden kann.

Druckempfehlungen:

• Spitzentemperatur: 270 – 290°C
• Beheiztes Druckbett: 90–120 °C empfohlen
• Druckgeschwindigkeit: 40 – 60 mm/s
• Schichthöhe: 0,2 mm
• Spitzendurchmesser: 0,6 mm
• Konstruktionsplan: blaues Klebeband , Kaptonklebeband , Glasteller + Dimafix-Spray

AzureFilm Kohlefaser-PET-Filament

Die andere Option, die AzureFilm für Sie vorbereitet hat, ist das Carbonfaser-PET-Filament. Dieses Material ist das am einfachsten zu druckende Kohlefaserfilament. Unser Carbonfaser-PET-Filament hat eine mit geschnittenen Carbonfasern verstärkte Struktur, wodurch seine Schlagfestigkeit deutlich erhöht wird. Dieser Verbundstoff aus gehackten Kohlenstofffasern erweitert die bestehenden Bemühungen und Grenzen bei der Suche nach einem 3D-Druckfilament in technischer Qualität in neue Horizonte. Das Filament verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften ohne Verformung, einschließlich hoher Z-Festigkeit und geringer Wasseraufnahmefähigkeit. Unser Carbon Fiber PET-Filament ist mit 15 % Carbonfaser gefüllt und hat eine maximale Kurzzeittemperatur (max. 3 Stunden) von bis zu 125 °C. Es kann problemlos 10 Stunden oder länger 100 °C standhalten. Die Dicke der Fasern im Inneren variiert zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, weshalb der Durchmesser der Spitze 0,6 mm betragen muss.

Faserverstärkte Materialien bieten außergewöhnliche mechanische Eigenschaften. Neben typischen Einflussfaktoren auf Verbundwerkstoffe wie Faservolumen und Faserorientierung fanden die Wissenschaftler heraus, dass Druckparameter wie Spitzentyp und -geschwindigkeit, Fülldichte, Schichtdicke, Temperatur des Druckbetts, Füllmuster die Mechanik beeinflussen Eigenschaften.

Wesentliche Vorteile von Kohlefaser-PET-Filament:

• Wirtschaftlich: Da wir geschnittene Kohlenstofffasern verwenden, kommt es zu einer deutlichen Reduzierung der Herstellungslänge, wodurch wir unser Material für jeden Kunden wirtschaftlich gestalten können.
• Beständigkeit gegen höhere Temperaturen bis 125°C
• Höhere Dimensionsstabilität: Die geschnittenen Carbonfasern sind extrem fest und verleihen nicht nur eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, sondern verhindern auch ein Schrumpfen beim Abkühlen des Teils.

Voraussetzungen für die Arbeit mit Kohlefaser-PET-Filament:

• Beheiztes Druckbett
• Gehärtete Spitze – Aufgrund seiner abrasiven Struktur würde das Filament die Standard-Messingspitze schnell verschleißen. Für diesen Filamenttyp ist eine abriebfeste Spitze erforderlich. Da diese Art von Spitzen tendenziell weniger leitfähig sind als Standardspitzen, empfehlen wir den Druck mit einem Extruder mit höherer Temperatur. Mit der Stahlspitze können Sie Carbonfaser-PET-Filament sogar auf einem Drucker wie dem Ender drucken. Sie benötigen lediglich eine Spitze, die nicht verstopft (0,6 mm) und höheren Temperaturen standhält.
• Beheizte Druckkammer (optional) – Die konsequente Lagerung des Filaments an einem trockenen Ort ist eine Option, um eine durchgängig kontrollierte Umgebung für die beste Produktqualität zu gewährleisten.
• Wir empfehlen die Verwendung einer geschlossenen Umgebung/eines geschlossenen Druckers, der eine stabilere Umgebung bietet, aber dies ist nicht notwendig.

Druckempfehlungen:

• Spitzentemperatur: 245 – 270°C
• Beheiztes Druckbett: 80-90°C empfohlen
• Druckgeschwindigkeit: 40 – 60 mm/s
• Schichthöhe: 0,2 mm
• Spitzendurchmesser: 0,6 mm
• Konstruktionsplan: blaues Klebeband , Kaptonklebeband , Glasteller + Dimafix-Spray