Q2
Коробка Qidi
3D -печать с карбоновым волокном.
Углеродное волокно — это новый материал, который произвел фурор в 3D-печати и аддитивном производстве. Как следует из названия, в состав входит углеродное волокно — прочное и лёгкое волокно, используемое в аэрокосмической и спортивной промышленности и изготавливаемое из тонких нитей углерода. Это позволяет изготавливать на 3D-принтере детали исключительной прочности и лёгкости. Но что же такое углеродное волокно и почему оно должно интересовать тех, кто занимается 3D-печатью? Начнём с основ.
История и производство нити из углеродного волокна
Хотя углеродное волокно, пригодное для 3D-печати, только появляется, основы были заложены еще в прошлом. в конце 1950-х годов. Это было время первых исследований по наложению слоев и вплетению углеродного волокна в армированные смолой материалы. Перенесёмся в 1981 год: отрасль выпустила первые композитные велосипеды и клюшки для гольфа, в которых использовались тонкие углеродные волокна, обеспечивающие беспрецедентную лёгкость и прочность.
В последние годы, Производители использовали эти же принципы для разработки специальных нитей из углеродного волокна, совместимых с настольными 3D-принтерами. В процессе производства длинные нити углеродного волокна выравниваются в полимерном материале на основе, таком как АБС или нейлон. Затем с помощью 3D-печати изготавливаются детали путем наложения материала с добавлением углеродного волокна слой за слоем в соответствии с цифровыми чертежами.
Углеродное волокно не только повышает прочность и жесткость, но и снижает вес - его низкий коэффициент теплового расширения помогает бороться с деформацией и проблемами размерной точности, связанными с колебаниями температуры. Это уникальное сочетание свойств позволяет создавать более функциональную 3D-печатную оснастку в автомобильной, аэрокосмической и даже спортивной промышленности, где традиционные материалы неэффективны.
Типы нитей из углеродного волокна
Теперь, когда мы рассмотрели основы эволюции углеродного волокна для 3D-печати от композитов, используемых в аэрокосмической промышленности, давайте рассмотрим конкретные типы, доступные сегодня. Существует несколько разновидностей сердечников, различающихся длиной углеродного волокна и способом армирования.
1. Короткая нить из углеродного волокна
Как следует из названия, Углеродные волокна, содержащиеся в этой нити, имеют небольшой размер и обычно имеют длину около 0,1–0,7 мм. Подумайте о коротких прядях и более длинных, похожих на волосы, прядях.
Короткая длина улучшает экструзию и общее качество печати. Однако по сравнению с более длинными углеродными волокнами это имеет некоторые недостатки. С другой стороны, короткое углеродное волокно равномерно и предсказуемо распределяется по слоям печати, исключая риск скопления волокон. Изотропные свойства также означают, что детали имеют одинаковую прочность во всех направлениях.
К недостаткам использования коротких нитей углеродного волокна относятся менее значительный прирост прочности по сравнению с другими композитами, а также более заметные линии слоёв на наклонных кривых или углах. Короткие нити обладают меньшим армирующим потенциалом, чем более длинные варианты.
2. Длинная нить из углеродного волокна
Снова верный названию, Длинные нити из углеродного волокна представляют собой нити, более похожие на волосы, длиной около 6–12 мм. Более длинные волокна обеспечивают лучшее армирование, но имеют повышенный потенциал неравномерного распределения, если не оптимизированы должным образом.
К преимуществам можно отнести исключительное соотношение прочности и веса, обусловленное более однонаправленным армированием углеродным волокном. Анизотропные свойства также означают заметное повышение прочности, преимущественно вдоль направления печатного слоя, по сравнению с более низкими показателями прочности при перпендикулярных углах. Меньшая видимость слоёв также улучшает качество поверхности на изгибах и обеспечивает высокое качество отпечатков.
К недостаткам в первую очередь можно отнести необходимость повышенного внимания к предотвращению засорения насадки и неравномерного спутывания длинных прядей. Поиск оптимальных настроек и конфигураций также сложнее. Значительное смещение направленности силы требует учета направления нагрузки при проектировании функциональных деталей.
3. Армированная нить из углеродного волокна
Армированные нити из углеродного волокна используют гибридный подход: в базовые пластики, такие как АБС и нейлон, вводят очень короткие углеродные волокна для равномерной прочности, а затем добавляют дополнительные непрерывные нити углеродного волокна для еще большего усиления.
Благодаря ручному формованию волокон это обеспечивает высокие механические характеристики, аналогичные характеристикам чистых длинных волокон. Однако это позволяет избежать проблем с непредсказуемым комкованием, поскольку базовый материал уже имеет в качестве основы равномерно распределенную армирующую структуру из коротких волокон.
Как результат, Усиленные смеси облегчают печать, оптимизируя прочность и визуальное качество для начинающих пользователей. Эта простота, конечно, сопряжена с некоторыми компромиссами в отношении максимальной прочности по сравнению с использованием только длинноволокнистых нитей. Но для большинства применений гибридный подход обеспечивает идеальный баланс.
Может ли любой 3D-принтер использовать нить из углеродного волокна?
Нити из углеродного волокна могут быть специально разработаны для поддержки 3D-печати, но не все настольные принтеры могут использовать их сразу из коробки. Этот прочный, абразивный материал предъявляет особые требования. Давайте рассмотрим факторы, влияющие на пригодность принтера, и любые необходимые изменения для использования нити из углеродного волокна.
1. Пригодность принтера для углеродного волокна
Из-за абразивности материала и его тенденции к медленному, но верному разрушению жизненно важных компонентов, для выполнения основных функций нити из углеродного волокна требуются принтеры, изготовленные из совместимых закаленных деталей:
- Сопла из закаленной стали: Стандартные латунные сопла быстро изнашиваются под воздействием жёстких углеродных волокон, что может привести к импедансу или полному выходу сопла из строя. Закалённая сталь практически обязательна.
- Закрытая рама: Открытые трубки Боудена также со временем изнашиваются, что приводит к проблемам с подачей бумаги или браку печати. Закрытые рамы защищают трубки.
- Усиленная шестерня экструдера: Жесткость подачи требует, чтобы шестерни экструдера были изготовлены из износостойких металлов, чтобы сохранять сцепление без сколов.
- Подогреваемые кровати: Проблемы с короблением и адгезией к платформе требуют использования подогреваемых печатных платформ с температурой 100 °C+ для лучшего сцепления первого слоя.
Принтеры, не отвечающие этим минимальным требованиям, не могут надежно печатать функциональные детали из углеродного волокна сразу из коробки, поскольку компоненты очень быстро изнашиваются и выходят из строя из-за истирания.3D-принтеры QIDI Tech оснащены соплами как из латуни, так и из закаленной стали. Это позволяет пользователям печатать стандартными и углеродными волокнами без необходимости внесения каких-либо изменений или дополнений.
2. Необходимые модификации для использования нити из углеродного волокна
Для принтеров без установленных закалённых компонентов, но в остальном технически подходящих, надежда ещё не потеряна. Некоторые модификации позволяют работать с углеродным волокном:
- Замена насадок: Замените стандартные насадки на насадки из закаленной стали.
- Защита Bowden & Frame: Примите меры предосторожности, например, используйте защитные кожухи для защиты трубок и удлинителей.
- Модернизация редуктора экструдера: В долгосрочной перспективе замените стандартные шестерни на металлические альтернативы.
- Подготовка поверхности: Дополнительные адгезионные решения иногда могут компенсировать отсутствие подогреваемых стеллажей.
Благодаря бережному отношению и постепенной модернизации для защиты компонентов, подверженных наибольшему износу, печать на углеродном волокне становится всё более эффективной. Но для достижения наилучших результатов и стабильной надёжности, выбор специализированных настольных принтеров со встроенной защитой избавит вас от хлопот и разочарований при работе с капризными углеродными нитями.
Почему стоит выбрать углеродную нить для 3D-печати?
Теперь, когда мы рассмотрели производственные процессы, типы нитей из углеродного волокна и вопросы совместимости с принтерами, давайте рассмотрим момент принятия решения: почему следует использовать углеродное волокно, а не более традиционные материалы для 3D-печати? Какие уникальные преимущества и недостатки имеют армированные нити из углеродного волокна?
1. Преимущества использования нити из углеродного волокна
Композиты на основе углеродного волокна обладают четырьмя основными преимуществами, которых нет у базовых пластиков:
- Прочность и жесткость: Детали из углеродного волокна, напечатанные на принтере, обладают исключительной прочностью и устойчивостью к нагрузкам, при этом сохраняя очень малый вес, что в 5 раз превышает показатели даже таких металлов, как сталь и алюминий.
- Стабильность размеров: Чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения, достигаемый благодаря жесткому армированию углеродным волокном, означает, что напечатанные детали выдерживают точные допуски в широком диапазоне температур окружающей среды, не расширяясь и не сжимаясь более чем на 1%.
- Визуальное качество: Нити углеродного волокна усиливают сцепление первого слоя и последующую адгезию между слоями печати. Эта добавка отличается размерной стабильностью, великолепным качеством склеивания слоев, отсутствием видимых ступенек и улучшенной отделкой поверхности.
- Стойкость к теплу и огню: Высокая химическая стойкость углеродного волокна, уже используемого в аэрокосмической промышленности и автоспорте, позволяет изготавливать из него детали, выдерживающие чрезвычайно высокие температуры, превышающие 150 °C, прежде чем они размягчатся, а также обладающие негорючими свойствами.
Нити из углеродного волокна обладают чрезвычайной прочностью и малым весом, устойчивы к температурному и химическому разложению, что позволяет применять их далеко за пределами обычного производства. ПЛА и АБС отпечатки со свойствами, которых просто нет у бытового пластика.
2. Недостатки нити из углеродного волокна
Однако реализация столь желанных преимуществ в производительности имеет и некоторые практические недостатки, которые следует учитывать:
- Абразивность: Прочные нити из углеродного волокна быстро разрушают сопла, шестерни и компоненты, не прошедшие специальную закалку, что ограничивает широкую совместимость с принтерами и частичная долговечность.
- Хрупкость и жесткость: Несмотря на прочность и жесткость, композиты из углеродного волокна не обладают гибкостью и ударопрочностью, поскольку они внезапно разрушаются под действием слишком большой силы, а не сгибаются временно, как ABS или нейлон.
- Проводимость: Высокая тепло- и электропроводность может усложнить закрытую печать при отсутствии терморегулирования, создавая риск перегрева или короткого замыкания.
Благодаря интеллектуальному армированию волокнами, минимизирующему деформацию, низкому влагопоглощению и плотности, а также износостойкости, Углеродное волокно PA12-CF от QIDI Tech Это отличное решение проблем хрупкости, теплопроводности и абразивности, характерных для стандартных углеродных композитов. Это позволяет реализовать больше упомянутых преимуществ при меньшем количестве типичных недостатков.
Советы по 3D-печати с использованием нити из углеродного волокна
Мы рассмотрели историю создания, типы, факторы пригодности и недостатки армированных нитей из углеродного волокна. Теперь давайте подробно рассмотрим, как успешно печатать этим специальным материалом на настольных 3D-принтерах. Следуйте этим советам и рекомендациям для эффективного и бесперебойного использования нитей из углеродного волокна.
- Медленная скорость печати снижается: Жесткий материал плохо поддается выдавливанию, поэтому для облегчения выдавливания уменьшите скорость на 30–50%. Скорость 45–80 мм/с подойдет хорошо.
- Увеличьте температуру печати: Тепло смягчает поток нити из сопла, поэтому для облегчения экструзии и предотвращения застревания используйте максимально допустимую нагрузку на горячий конец. 250‒320 ̊C — идеальная температура.
- Закрытая отапливаемая камера: Изолируйте зону печати и используйте дополнительное отопление, чтобы поддерживать высокую температуру окружающей среды. 3D-принтеры QIDI Tech оснащены усовершенствованной закрытой камерой с активным контролем нагрева. Это дополнительно облегчает текучесть и предотвращает деформацию детали. Рекомендуемая температура 50–80 °C.
- Включить настройки отзыва: Слегка оттягивайте нить назад между проходами печати, чтобы уменьшить проблемы с натяжением, возникающие из-за избыточного просачивания, характерного для жестких композитов.
- Идеально выровняйте кровать: Еще раз проверьте сжатие первого слоя и выравнивание платформы, чтобы обеспечить надлежащую адгезию с учетом уменьшенного сцепления углеродного волокна со слоем по сравнению с другими пластиками.
Учитывайте переменные из области материаловедения, лежащей в основе углеродного волокна, проводите итерации на основе тестовых отпечатков, и со временем, по мере приобретения опыта, получение красивых, прочных и укрепленных отпечатков станет проще.
Раскройте потенциал углеродного волокна для ваших нужд 3D-печати!
Углеродное волокно открывает новые возможности 3D-печати для создания лёгких, прочных и термостойких деталей, недоступных при использовании обычных пластиков. Хотя углеродное волокно не так просто, как стандартные материалы, оно открывает возможности для разработки индивидуальных решений, отвечающих особым требованиям, которые не могут удовлетворить базовые пластики. По мере появления всё большего количества армированных нитей воспользуйтесь этим преимуществом, изучая варианты, модернизируя принтеры, оптимизируя профили путём повторного изготовления и, в конечном итоге, находя идеальные параметры для ваших задач.
6 часто задаваемых вопросов о нити из углеродного волокна для 3D-печати
В1: Насколько прочна нить из углеродного волокна?
А: Углеродная нить может быть в 5 раз прочнее стали и алюминия по весу. Детали, напечатанные с использованием углеродной нити, обладают исключительной прочностью и устойчивостью к нагрузкам, сохраняя при этом очень малый вес.
В2: Как вы храните нити из углеродного волокна?
А: Храните углеродную нить в прохладном, сухом месте, защищенном от влаги. Идеальные условия хранения: температура 18–25 °C и относительная влажность 35–55%. Избегайте перепадов температур и воздействия прямых солнечных лучей.
В3: Лучше ли углеродное волокно, напечатанное на 3D-принтере, чем АБС?
А: Да, углеродное волокно, как правило, прочнее и жёстче, чем АБС-пластик. Кроме того, оно обладает меньшим тепловым расширением, лучшей термостойкостью и улучшенным внешним видом благодаря меньшему количеству видимых линий на слоях. Однако углеродное волокно более хрупкое.
В4: Стоит ли использовать 3D-печать из углеродного волокна?
А: Углеродное волокно может стать решением для задач, требующих высокой прочности, малого веса, размерной стабильности и термостойкости, поэтому его стоит изучить. Однако для этого требуются более оптимизированные принтеры и точные настройки.
В5: Безопасно ли печатать на углеродном волокне?
А: При правильном подборе сопла и модернизации машины для работы с абразивным материалом печать углеродным волокном безопасна. Рекомендуется обеспечить надлежащую вентиляцию, как и при работе с любыми материалами для 3D-печати.
В6: Углеродное волокно прочнее PLA?
А: Да, нити, армированные углеродным волокном, намного прочнее стандартного PLA с точки зрения прочности на разрыв, жесткости и максимальной несущей способности.
