탄소 섬유 3D 프린팅 필라멘트 가이드: 유형, 이점, 설정 및 최상의 용도

탄소 섬유 3D 프린팅 필라멘트는 일반적으로 PLA, PETG, PET, PA12 또는 PPS와 같은 열가소성 수지에 짧게 자른 탄소 섬유를 혼합하여 강성을 높이고 수축률을 줄인 것입니다. 순수한 탄소 섬유는 아닙니다. 인쇄성, 내열성 및 하드웨어 요구 사항은 여전히 ​​기본 폴리머에 따라 달라지므로 PLA-CF 스풀은 PLA처럼 작동하고 PA12-CF 스풀은 나일론처럼 작동합니다.

탄소 섬유 3D 프린팅 필라멘트란 무엇인가요?

탄소 섬유 3D 프린팅 필라멘트 탄소 섬유 보강재를 인쇄 가능한 열가소성 수지에 혼합하여 만든 복합 재료입니다. 대부분 소비자 및 전문가용 FDM 응용 분야, 이는 짧게 잘린 탄소 섬유를 다음과 같은 재료에 첨가한다는 것을 의미합니다. PLA, PETG, PET, PA6, PA12, PPA, ABS, PC 또는 PPS.

탄소 섬유의 목적은 폴리머를 대체하는 것이 아니라 강화하는 것입니다. 탄소 섬유 강화 폴리머, 섬유는 매트릭스 자체로는 지탱할 수 없는 하중을 지탱하여 강성을 높이고 치수 안정성을 개선하며 수축 및 뒤틀림을 줄입니다. 또한 잘게 자른 섬유는 표면을 분산시켜 무광택 마감을 만들어냅니다. 레이어 라인 덜 눈에 띈다.

하지만 탄소 섬유가 모든 재료를 고성능 엔지니어링 플라스틱으로 바꿔주는 것은 아닙니다. 공개된 자료들이 이를 명확히 보여줍니다. QIDIPETG-CF의 열 변형 온도는 77°C인 반면, PPS-CF는 242.7°C에 달합니다. 둘 다 탄소 섬유 필라멘트입니다. 두 물질 간의 165°C 차이는 전적으로 기본 폴리머의 차이 때문입니다.

탄소 섬유 3D 프린팅 재료의 종류

탄소 섬유 3D 프린팅은 크게 두 가지 기술로 나뉩니다. 하나는 일반 FDM 장비에서 출력하는 단섬유 복합재이고, 다른 하나는 전용 섬유 배치 장비가 필요한 연속 섬유 강화 방식입니다. 스풀에 감겨서 판매되는 거의 모든 제품은 첫 번째 범주에 속합니다.

잘게 자른 탄소 섬유 필라멘트

짧은 탄소 섬유를 혼합하여 인쇄 가능한 열가소성 수지를 만들어 PLA-CF, PETG-CF, PET-CF, PA12-CF, PPS-CF와 같은 소재를 생산합니다. 사람들이 탄소 섬유 필라멘트를 검색할 때 가장 흔히 떠올리는 것이 바로 이러한 소재입니다. 이 소재는 일반적인 FDM 방식의 인쇄 공정에 바로 적용할 수 있고, 강성 향상이라는 실질적인 이점을 제공하기 때문에 인기가 높습니다. 치수 정확도 그리고 화장품 마감.

섬유 함량은 마케팅 요소가 아니라 실제 변수입니다. 단섬유 탄소 섬유를 첨가하여 FDM 방식으로 프린팅한 PA6에 대한 연구에서, 인장 강도는 섬유를 첨가하지 않은 PA6의 33 MPa에서 탄소 섬유 25 wt%를 첨가했을 때 93 MPa로 증가했습니다. 120°C에서 7.5시간 동안 열처리 후 162 MPa. 별도로, 상업용 15wt% 탄소섬유 고온 폴리아미드에 대한 연구에서는 다음과 같은 측정값을 얻었습니다. 100% 충전 시 인장 강도 90.8 MPa, 굽힘 강도 114 MPa. 이것들은 통제된 조건에서 실험실에서 얻은 샘플이며, 실타래에서 완제품까지의 품질을 보장하는 것은 아니지만, 섬유 함량과 후처리 과정이 미치는 영향을 보여주는 예시입니다.

연속 탄소 섬유 보강재

연속 탄소 섬유 보강재 전용 장비를 사용하여 인쇄 중에 끊어지지 않은 섬유 가닥을 부품에 삽입합니다. 이는 잘게 자른 섬유보다 훨씬 큰 구조적 이점을 제공하지만, 사용하는 장비에 따라 다른 공정이 필요합니다. 금속에 가까운 구조적 성능을 목표로 한다면 표준 FDM 스풀 방식보다는 연속 섬유 워크플로우를 고려해야 합니다. 이 부분에 대한 장단점은 다음에서 자세히 살펴보겠습니다. 탄소 섬유 FDM이 금속 부품을 대체할 수 있는 경우.

탄소 섬유 3D 프린팅 필라멘트를 사용하는 이유는 무엇일까요?

탄소 섬유 필라멘트는 부품에 강성, 치수 안정성 또는 낮은 무게 대비 강성 비율이 필요할 때 사용할 가치가 있지만, 유연성이나 충격 인성이 필요할 때는 적합하지 않습니다. 구체적인 이점은 다음과 같습니다.

• 더 높은 강성: 보강재를 사용하면 굽힘 탄성 계수가 상당히 증가합니다. QIDI's PPS-CF의 등급은 7160 ± 280 MPa입니다. UltraPA-CF어닐링 후 7466 MPa에서 25의 강도를 나타내며, 이는 충전재가 없는 엔지니어링 플라스틱이 제공하는 강도의 약 두 배에 해당합니다. 브래킷, 고정 장치 및 하우징은 하중을 받아도 형태를 유지합니다.
• 치수 안정성 향상: 섬유 강화 재질은 섬유 강화 재질이 아닌 일반 재질에 비해 냉각 시 수축률이 낮아 변형을 줄이고 대형 평면 부품의 정밀도를 향상시킵니다.
• 더 가벼운 기능성 부품: 우수한 강성 대 무게 균형 덕분에 탄소 섬유 복합재는 드론, RC 부품, 공구 및 경량 구조물에 적합한 소재입니다.
• 무광 표면 마감: 이 섬유는 반사광을 분산시켜 광택 있는 플라스틱보다 레이어 라인을 더 잘 감추는 기술적인 느낌의 마감 처리를 제공합니다.

탄소 섬유 필라멘트의 단점은 무엇인가요?

탄소 섬유 필라멘트의 네 가지 단점은 노즐 마모, 스풀의 취성, 충격 인성의 자동적인 향상 없음, 그리고 막힘 위험 증가입니다. 이 네 가지 이유 모두 해당 재료를 사용하지 않을 이유는 아니지만, 프린터 설정 방식에는 영향을 미칩니다.

• 마모성: 탄소 섬유는 황동 노즐을 빠르게 마모시킵니다. 경화강 노즐 이는 일반적인 최소 기준이며, 텅스텐 카바이드 바이메탈 노즐 연속 사용 시 수명이 훨씬 더 길어집니다.
• 취성이 증가함: 섬유가 함유된 필라멘트는 섬유가 없는 필라멘트보다 스풀이나 공급 경로에서 더 쉽게 끊어집니다. 급격한 굴곡이나 날카로운 가이드 부분에서는 인쇄 도중 파손이 발생할 수 있습니다.
• 내구성이 보장되는 것은 아닙니다. 탄소 섬유는 강성을 향상시키지만, 반드시 충격 저항성을 향상시키는 것은 아닙니다. QIDIPETG-CF는 충격 강도가 30 kJ/m²로 평가되는 반면 PA12-CF는 10.01 ± 0.83 kJ/m²입니다. 즉, 더 단단한 소재가 내구성은 떨어집니다.
• 막힘 위험 증가: 고체 섬유는 순수 폴리머에 비해 노즐 직경, 리트랙션 설정 및 필라멘트 건조도를 훨씬 더 중요하게 만듭니다.

어떤 탄소 섬유 필라멘트를 선택해야 할까요?

간편하고 견고한 화장품 부품에는 PLA-CF를, 기능성 작업 부품에는 PETG-CF 또는 PET-CF를, 내구성이 뛰어난 기계 부품에는 PA12-CF를 선택하십시오. UltraPA-CF내열성이 필수 요건인 경우 25 또는 PPS-CF를 사용하십시오. 아래 표는 다음을 사용합니다. QIDI공개된 기술 데이터이므로 비교는 서술적인 것이 아니라 측정된 수치를 기반으로 합니다.

PLA-CF

PLA-CF 탄소 섬유 소재는 초보자에게 가장 적합한 소재입니다. PLA의 다루기 쉬운 출력 특성을 유지하면서 강성과 무광택 마감을 더했습니다. 40~60°C의 베드 온도에서 210~240°C로 출력할 수 있으며, 건조 온도는 50°C면 충분합니다. 장식용 부품, 가벼운 기능성 부품, 그리고 섬유 강화 프린팅을 처음 접하는 분들에게 적합합니다. 다만, 내열성은 PLA와 마찬가지로 제한적입니다.

PETG-CF 및 PET-CF

PETG-CF 실용적인 중간 지점은 인장 강도 57MPa, 열 변형 온도 77°C, 충격 강도 30kJ/m²이며, 240~270°C에서 인쇄할 수 있습니다. PET-CF 72.51 MPa의 인장 강도와 86.7 °C의 HDT를 달성했으며, 수분 흡수율은 단 0.5%에 불과합니다. QIDI 가열 챔버가 필요하지 않다는 점에 유의하십시오. 두 제품 모두 작업장 공구, 브래킷 및 실외 부품에 적합합니다.

PA12-CF

PA12-CF는 나일론 기반의 엔지니어링 소재로, 인장 강도 76.95 MPa, 굽힘 탄성률 3915.93 MPa, 그리고 우수한 내마모성을 자랑합니다. 단점은 2.46%의 높은 수분 흡수율인데, 이는 PPS-CF의 약 50배에 달하는 수치입니다. 따라서 엄격한 건조 과정, 밀폐된 공급 경로, 그리고 고성능 프린터가 필수적입니다. 나일론 취급에 대한 자세한 내용은 관련 자료에서 다룹니다. 나일론 3D 프린팅 가이드.

UltraPA-CF25 및 PPS-CF

이것들은 고온용 제품입니다. UltraPA-CF25 PPA 매트릭스에 탄소 섬유 25%를 함유한 PPS-CF는 118.19 MPa의 인장 강도와 196.9 °C의 열처리 온도(HDT)를 갖습니다. PPS-CF는 인장 강도를 다소 낮추는 대신 242.7 °C의 열처리 온도(HDT), 0.05%의 수분 흡수율, 그리고 UL-94 V-0 등급의 난연성을 제공합니다. PPS-CF 인쇄 가이드 건조 및 어닐링 과정을 자세히 설명합니다. 두 과정 모두 350°C까지 견딜 수 있는 핫엔드와 능동 가열 챔버가 필요합니다.

해당 부품이 시제품이 아닌 실제 생산 또는 엔지니어링 용도로 사용될 경우, 선택 기준이 다시 달라집니다. 기능성 부품에 적합한 산업용 복합재료 선택 탄소 섬유, 유리 섬유 및 순수 엔지니어링 폴리머를 강성, 내열성 및 치수 안정성 요구 사항에 따라 비교합니다.

모든 3D 프린터가 탄소 섬유 필라멘트를 출력할 수 있나요?

내마모성 노즐을 사용하는 모든 프린터는 PLA-CF를 출력할 수 있지만, PA12-CF는 출력할 수 없습니다. UltraPA-CF25 및 PPS-CF 소재는 고온 핫엔드, 온도 조절 챔버 및 건식 필라멘트 처리가 필요합니다. 요구 조건은 섬유의 존재 여부가 아니라 기본 폴리머에 비례합니다.

PLA-CF와 PETG-CF의 경우, 경화 노즐을 장착하면 대부분의 최신 데스크톱 장비로도 충분합니다. PETG-CF의 경우 밀폐형 인클로저가 도움이 되지만 필수적인 경우는 드뭅니다. PA12-CF의 경우에는 안정적인 열 환경과 활성 건조가 요구됩니다. UltraPA-CF25 및 PPS-CF 소재를 사용하려면 350°C 이상의 내열 등급을 갖춘 핫엔드와 단순히 밀폐된 챔버가 아닌 능동적으로 가열되는 챔버가 필요합니다. QIDI현재 생산되는 제품에는 370°C 핫엔드가 기본 사양으로 장착되어 있습니다. Plus 4 이러한 종류의 재료에 특화된 65°C 능동 가열 챔버를 추가합니다.

탄소 섬유 필라멘트를 사용하려면 프린터에 무엇이 필요합니까?

탄소 섬유 필라멘트에 필요한 네 가지 하드웨어 요구 사항은 내마모성 노즐, 적절한 노즐 직경, 기본 폴리머에 맞는 열 성능, 그리고 필라멘트를 건조하게 유지하는 방법입니다.

노즐 마모는 서서히 진행되어 알아차리기 어렵습니다. 유량 보정을 해도 해결되지 않는 압출 부족 현상은 일반적으로 노즐 내경이 넓어졌음을 의미합니다. 노즐 유지보수 가이드 점검 방법과 교체 시기를 다룹니다.

탄소 섬유 필라멘트에 가장 적합한 출력 설정은 무엇인가요?

탄소 섬유에 적합한 단일 온도는 없습니다. 기본 폴리머의 특성을 기준으로 마모, 막힘 위험 및 습도를 고려하여 조정해야 합니다. 이 가이드 앞부분에 있는 설정표는 다음과 같습니다. QIDI각 등급별로 발표된 노즐, 침대 및 건조 수치 외에도, 다음 여섯 가지 사항은 전체 제품군에 적용됩니다.

• 기본 재료 프로필부터 시작하세요. PETG-CF에는 PETG 프로파일을, PA12-CF에는 나일론 프로파일을 로드하십시오. 탄소 섬유는 특성을 변화시키지만, 온도 범위를 결정하지는 않습니다.
• 첫 번째 출력 시에는 경화형 또는 바이메탈 노즐을 사용하십시오. 품질 저하를 알아차린 후에야 그런 생각을 하는 건 아닙니다.
• 부품에 따라 노즐 크기를 한 단계 키우십시오. 0.4mm에서 0.6mm로 크기를 늘리면 섬유질 충전재로 인한 막힘 현상이 크게 줄어듭니다.
• 정정은 최소한으로 하십시오. 과도한 수축은 섬유질이 풍부한 용융물을 열 차단부로 다시 끌어당겨 막힘 위험을 높입니다.
• 속도를 늦추세요. 섬유 강화 필라멘트는 일반적으로 최대 처리량보다는 중간 속도에서 더 안정적으로 인쇄됩니다.
• 필라멘트를 건조시키고 건조한 상태를 유지하세요. 이는 나일론 기반 등급에 가장 중요한 사항입니다. 필라멘트 건조 기술 일정을 다룹니다.

수분은 나일론 기반 복합재료에 있어 결코 무시할 수 없는 변수입니다. 3D 프린팅 필라멘트의 수분 흡수 연구에서는 평형 수분 흡수량을 측정했습니다. 나일론의 경우 8.127%이며, 탄성 계수는 ​​83% 감소했습니다. 습윤 환경 조건에서는 강도가 42% 감소했습니다. 해당 시편들은 최대 97%의 상대 습도에서 보관되었으므로 최악의 경우를 나타내지만, 섬유 함량과 관계없이 젖은 PA12-CF 스풀로 출력한 부품이 약한 이유를 설명해 줍니다.

탄소 섬유 필라멘트는 어떤 용도에 가장 적합할까요?

탄소 섬유 필라멘트는 유연성이나 충격 인성보다 강성, 치수 안정성 및 경량성이 더 중요한 부품에 적합합니다. 용도에 맞는 등급을 선택하는 것이 슬라이서 설정을 아무리 조정해도 결과에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다.

마지막 줄이 사람들이 가장 많이 틀리는 부분입니다. 탄소 섬유 보강재는 파단 시 신장률을 감소시킵니다. QIDI'에스 UltraPA-CF25는 1.62%의 강도를 보이는 반면, 충전재가 없는 UltraPA는 9.77%의 강도를 보입니다. 따라서 균열 없이 반복적으로 구부러져야 하는 경우에는 순수 폴리머나 엘라스토머를 사용하는 것이 더 적합합니다.

탄소 섬유 3D 프린팅 필라멘트에 대한 FAQ

탄소 섬유 필라멘트가 일반 PLA보다 강한가요?

탄소 섬유 필라멘트는 일반 PLA보다 강성이 높고 치수 안정성이 뛰어나지만, 반드시 인성이 더 강한 것은 아닙니다. 보강재는 충격 저항성보다 탄성 계수를 훨씬 더 많이 증가시키므로, 탄소 섬유 부품은 굽힘에는 더 잘 견디지만 강한 충격에는 균열이 생길 가능성이 더 높습니다.

탄소 섬유 필라멘트를 사용하려면 강화 노즐이 필요한가요?

네, 거의 모든 경우에 그렇습니다. 탄소 섬유는 마모성이 강해서 황동 노즐을 몇 롤만 사용해도 마모시킵니다. 경화강이 실질적인 최소 요구 사양이며, 바이메탈 및 텅스텐 카바이드 바이메탈 노즐은 수명이 더 길고 PA, PPA 및 PPS 등급에 필요한 고온도 견딜 수 있습니다.

탄소 섬유 필라멘트를 어떤 온도에서 출력하시나요?

이는 전적으로 기본 폴리머에 달려 있습니다. QIDI공개된 범위는 PLA-CF의 경우 210~240°C, PETG-CF의 경우 240~270°C, PA12-CF의 경우 280~300°C, PPS-CF의 경우 310~350°C입니다. 일반적인 탄소 섬유 사전 설정 대신 항상 해당 폴리머의 범위(적용 범위)를 사용하십시오.

탄소 섬유 필라멘트는 보호 케이스가 필요한가요?

항상 그런 것은 아닙니다. PLA-CF와 PETG-CF는 개방형 프린터에서도 문제없이 출력됩니다. QIDI 참고: PET-CF는 가열 챔버가 필요하지 않습니다. PA12-CF는 밀폐된 환경에서 사용하는 것이 좋습니다. UltraPA-CF25 및 PPS-CF는 뒤틀림 및 층간 균열을 방지하기 위해 능동 가열 챔버가 필요합니다.

초보자에게 가장 적합한 탄소 섬유 필라멘트는 무엇일까요?

PLA-CF는 최적의 시작점입니다. 210~240°C에서 출력하고 50°C에서 건조하면 되며, 밀폐된 공간이 필요 없고, 나일론처럼 습기에 민감하지 않으면서 탄소 섬유 특유의 강성과 무광택 마감을 제공합니다.

탄소 섬유 필라멘트에는 탄소 섬유가 얼마나 들어있나요?

일반적으로 잘게 썬 섬유소의 첨가량은 무게 기준으로 약 10%에서 25% 정도입니다. QIDI 25%를 게시합니다 UltraPA-CF25; 다른 몇몇 등급은 수치를 공개하지 않습니다. 일반적으로 하중이 높을수록 강성과 마모성은 증가하는 반면, 연신율과 충격 강도는 감소합니다.

탄소 섬유 필라멘트는 건조해야 하나요?

네, 그리고 일정은 기본 폴리머에 따라 달라집니다. QIDI PLA-CF의 경우 50°C에서 4~6시간, PETG-CF의 경우 65°C에서 5~8시간, PA12-CF의 경우 80~100°C에서 4~6시간, PPS-CF의 경우 100~140°C에서 8~12시간 동안 열처리하는 것이 적절하다고 발표되었습니다. 나일론 계열 재질이 습윤 상태에서 가장 빠르게 분해됩니다.

다음 프로젝트에 적합한 탄소 섬유 필라멘트를 선택하세요

탄소 섬유 필라멘트는 실질적이고 측정 가능한 이점을 제공하지만, 이는 기본 폴리머가 용도에 적합할 때만 가능합니다.PLA-CF는 마찰이 적은 진입점이며, PETG-CF와 PET-CF는 대부분의 기능성 작업 현장 작업에 적합하고, PA12-CF는 까다로운 기계 부품에 사용됩니다. UltraPA-CF25와 PPS-CF는 내열성을 위해 존재합니다. 탄소 섬유를 하나의 소재로만 생각하지 말고, 필요한 온도와 강도를 충족하는 기본 폴리머를 선택하고, 내마모성 노즐을 장착하고, 필라멘트를 건조하게 유지하십시오. 전체 내용을 살펴보세요. 산업용 등급 복합재 제품군 또는 더 넓은 필라멘트 카탈로그 어떤 등급이 필요한지 알게 되면 됩니다.