3D-Druck mit Kohlefaser: Wie und warum es funktioniert

Kann man Kohlefaser 3D-drucken? Ja, Sie können Kohlefaser 3D-drucken! Über die Jahre wurden Kohlefasermaterialien für die Herstellung vieler struktureller Designs verwendet.

Einige der Produkte, die mit Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt werden können, sind Flugzeugflügel, Fahrradrahmen, Propellerblätter und Autokomponenten, um nur einige zu nennen.

So bleibt die traditionelle Anwendung von Kohlefaser in der Fertigung vielfältig und umfangreich. Dies veranlasste die 3D-Druckindustrie schließlich, zu notieren, wie man Material Kohlefaser in den additiven 3D-Druckprozess integrieren kann.

Bemerkenswert ist, dass Kohlefaser-3D-Druck attraktiv ist, da Kohlefaser ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis genießt, eine seltene Eigenschaft, die in keinem anderen 3D-Druckfilamentmaterial zu finden ist.

Wegen der zahlreichen Vorteile von Kohlefaser bieten viele 3D-Druckunternehmen kohlefaserverstärkte Materialien oder Technologien an, die darauf ausgelegt sind, die Verwendung dieses Verbundwerks für höherleistungsfähige Anwendungen zu maximieren.

Im 3D-Druck wird Kohlefaserdruck auf zwei verschiedene Arten durchgeführt: erstens durch den Einsatz von faserverstärkten Filamenten und zweitens durch kontinuierliche Kohlefaserverstärkung.

Ist 3D-gedruckte Kohlefaser stark?

Bemerkenswert ist, dass die bekannteste Eigenschaft von Kohlefasermaterial seine hohe Festigkeit bleibt, die die hohe Stabilität des 3D-Drucks garantiert. Gehackte Kohlefaserfilamente verwenden kurze Kohlefasern, die aus Segmenten bestehen, die weniger als einen Millimeter lang sind.

Das Kohlefaserfilament wird mit einem thermoplastischen Material, bekannt als Basismaterial, gemischt, um ein festes Verbund-Kohlefaserfilament zu produzieren.

Die Fasern erweisen sich als extrem stark, da die Kohlenstoffatome und der mikro-automatisierte Faserplatzierungsprozess sicherstellen, dass die verbundenen Kohlenstoffatome die erforderliche Festigkeit im Kohlefaserfüllmaterial bereitstellen.

Mehrere Filamente mit Kohlefaserfüllung finden sich auf dem Markt. Dazu gehören beliebte thermoplastische Filamente wie ABS, PLA, Nylon, PETG und Polycarbonat.

• Kohlefaserverstärkte Materialien

Kohlefaserverstärkter Polymer (CFRP), ein polymermatrixbasiertes Verbundwerkstoff, der mit Kohlefaser verstärkt wird, enthält eine einzigartige Festigkeit. Seine Verstärkung kann in Form von kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Kohlefasernutzung erreicht werden.

So sehr verstärkte Kohlefasern auch teuer sind, besitzen sie die höchsten spezifischen mechanischen Eigenschaften.

• Kohlefaserverstärkte Filamente

Kohlefaserverstärkte Filamente sind bekannt dafür, extrem stark zu sein. Es ermöglicht dem Kohlefaserfilament, unerreichte Festigkeit und Steifigkeit zu zeigen. Es reduziert auch das Gesamtgewicht, was es ideal für den Druck leichter Objekte oder Endverbrauchsteile macht.

• Kontinuierliche Kohlefaserverstärkung

Kohlefaserverstärkte Filamente sind robuster als jedes andere Material oder Kohlefasern, die nicht unterstützt wurden. Um jedoch ein noch stärkeres Filament zu erhalten, kann eine Technik namens Kohlefaserverstärkung eingesetzt werden.

Da die Kohlefaser ungehackt bleibt, behält sie einen Großteil ihrer Festigkeit bei, und das macht kontinuierlichen Kohlefaser-3D-Druck stark genug, um die Verwendung von Aluminium bei halbem Gewicht zu ersetzen.

Für einige Anwendungen kann es den Metall-3D-Druck ersetzen, da das Filament im Vergleich zu Metall günstiger ist.

• Nylon-Kohlefasern

Nylon-Kohlefaser ist ein ziemlich beliebter Verbundwerkstoff in der Kohlefaser-3D-Druckindustrie. Bereits mit wünschenswerten Eigenschaften für den Druck technischer Materialien ausgestattet, machen sein hoher Festigkeitsgrad und seine hohe Hitzebeständigkeit es zu einer beliebten Wahl für die meisten 3D-Druck-Hobbyisten.

Es zeigt einen hohen Grad an Haltbarkeit, der die ursprüngliche Sprödigkeit der Kohlefaser ausgleicht. Sein einziger Nachteil bleibt seine hygroskopischen Eigenschaften, die einen angemessenen Umweltschutz für die Nylon-Kohlefaser-Spulen belasten.

• ABS-Kohlefaser

Es ist am besten für die Verwendung von spritzgegossenen Konsumprodukten bekannt. Als solides Basispolymer behält ABS-Kohlefaser eine ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit für seine Produkte bei. Das macht es großartig für Anwendungen in Prototypen und Endverbrauchsteilen.

Die Kehrseite ist, dass es eine beheizte Baukammer erfordert, die nur in High-End-3D-Druckern zu finden ist.

• PETG-Kohlefaser

Eines der am häufigsten verwendeten kohlefaserverstärkten Materialien ist PETG-Kohlefaser. Es ist bekannt für seine Beständigkeit gegen Chemikalien und Feuchtigkeit, was es zu einem ausgezeichneten Verbundpolymer für Anwendungen unter solchen hygroskopischen Umständen macht.

Welcher 3D-Drucker kann Kohlefaser drucken?

Nicht alle Drucker auf dem Markt können verwendet werden, um Kohlefasermaterial zu drucken. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, müssen Sie möglicherweise spezialisierte Kohlefaser-3D-Drucker verwenden.

Nicht jeder Drucker kann mit 3D-Kohlefaserfilament drucken, da diese Materialien eine hohe Extrusionstemperatur von etwa 200 °C erfordern. Ihre abrasive Form kann Messingdruckerdüsen ruinieren.

Beispiele für Kohlefaser-3D-Drucker

Sehen wir uns an, welche 3D-Drucker Kohlefaser drucken können.

• Delta WASP 2040 Industrial X

Dieser Drucker wird in Italien von WASP hergestellt und druckt in verschiedenen Materialien, einschließlich Kohlefaserverbundwerkstoffen.

WASP 2040 verfügt über einen Dual-Gear-Filamenttreiber für die bessere Verwendung von kontinuierlichen Fasermaterial-Verbundwerkstoffen.

• Raise 3D E2 CF & Pro2 Plus

Dieses Modell verfügt über ein unabhängiges Dual-Extruder-Feature. Es verwendet Kohlefaserfilamente und hat eine gehärtete Stahl-Düse, die bis zu 300 °C erreichen kann.

• Makerbot METHOD Kohlefaser-Editionen

Dieser 3D-Drucker ist für den Ersatzteilmarkt für Metallteile ausgelegt. Sie verwenden verstärktes Nylon, das hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit optimiert. Sie haben einen Verbundextruder mit der Kapazität, abrasive Materialien zu handhaben.

Ein weiteres kritisches Merkmal, das es behält, sind gehärtete Metallantriebsräder und eine austauschbare gehärtete Stahl-Düse, um mit der maximalen Düsentemperatur beim Kohlefaser-3D-Druck zurechtzukommen.

• Fusion 3 F410

Dieser Drucker bleibt ausgezeichnet für die Verwendung mit Kohlefaserverbundwerkstoffen. Er ist als perfekte Maschine bekannt, die günstiger ist und eine maximale Düsentemperatur von 300 Grad hat.

Fusion 3 F410 Kohlefaserdrucker funktioniert gut mit den meisten verstärkten Kohlefasern, und seine Erschwinglichkeit macht ihn zum Favoriten vieler 3D-Druckerbenutzer.

Wie druckt man Kohlefaser?

Kohlefaserfilamente bestehen aus winzigen Fasern, die in das Basismaterial infundiert sind, um die Materialeigenschaften zu verbessern.

Die Festigkeit der Faser bewirkt, dass das Filament ebenso stark ist und einen höheren Steifigkeitsgrad genießt. Es ermöglicht den 3D-Druckerteilen, leichter zu sein und dimensionsliche Stabilität zu gewährleisten, da die Fasern das Schrumpfen während des Abkühlprozesses eindämmen.

Kohlefaser drucken

Bevor Sie mit dem Drucken beginnen, müssen Sie möglicherweise Druckeinstellungen wie Temperatur, Betthaftung, Extrusionsraten und Druckgeschwindigkeit ähnlich den Standardwerten einstellen, die für das mit der Faser verschmolzene Basismaterial verwendet werden.

Das Kohlefasermaterial verstopft wahrscheinlich während der Extrusion aufgrund der hinzugefügten Faser und erfordert möglicherweise spezielle Hardware, insbesondere eine gehärtete Düse, um dem Beschädigungsrisiko zu begegnen.

Wie viel kostet ein Kohlefaser-3D-Drucker?

Kohlefaserdrucker sind im Allgemeinen nicht zu teuer. Ihre Erschwinglichkeit ist eine große Erleichterung für 3D-Drucker, die Kohlefasertechnologie verwenden.

Die folgende Liste zeigt eine Auswahl an Kohlefaser-3D-Druckern mit der verwendeten 3D-Drucktechnologie und ihren Preisen in US-Dollar.

• Delta WASP 2040 nutzt FDM-Technologie und hat einen Marktpreis von 4.750 $
• Raise3D E2 CF & Pro2 Plus nutzt FDM-Technologie und kostet 4.999 $
• Makerbot Method Kohlefaser-Edition nutzt FDM-Technologie und kostet 4.999 $
• Fusion3 410 nutzt FDM-Technologie und kostet 5.000 $
• XYZ Printing part pro300X nutzt FDM-Technologie und kostet 5.500 $
• Ultimaker S5 nutzt FDM und kostet 5.995 $
• Stratasys F120 nutzt FDM und kostet 12.000 $
• Raboze XTREME nutzt FDM-Technologie und kostet 10.000 $

Kohlefaserfilament

Kohlefaserfilament ist ein Verbundwerkstoff, der durch Infusion winziger Kohlefasern in eine Polymerbasis gebildet wird. Es sieht ähnlich aus wie metallinfundierte Filamente, besteht aber aus Fasernfragmenten.

Die Polymerbasis kann aus zahlreichen beliebten 3D-Druckfilamentmaterialien wie ABS, PLA, Nylon, PETG und anderen Materialien stammen. Die Kohlefaserfilamente enthalten kurze Partikel mit einem Durchmesser von ca. 0,01 mm. Es verbessert die Kohlefaserfestigkeit und erhöht ihre Sprödigkeit.

Diese durch die Infusion der winzigen Kohlefaserpartikel in die Polymerbasis erzeugte erhöhte Festigkeit bringt eine hervorragende dimensionsliche Stabilität, die Verzug und Schrumpfen während des Abkühlens verhindert.

Vorteile

• Erhöhte Festigkeit und Steifigkeit
• Gute Stabilität
• Gute Oberflächenbeschaffenheit
• Leichte Drucke

Nachteile

• Verzug und Schrumpfen
• Abrasives Filament, das Messingdüsen abnutzt

Brauche ich einen Kohlefaser-spezifischen Drucker für Kohlefaserdruck?

Kohlefaserfilament-3D-Druck unterscheidet sich etwas vom traditionellen 3D-Druck mit Basispolymeren. Das Kohlefaserfilament ist steifer als gewöhnliche Filamente wie Nylon und hat eine matte Oberflächentextur.

Daher kann 3D-Druck eine gehärtete Düse erfordern, die bei herkömmlichen 3D-Druckern möglicherweise nicht ohne Weiteres verfügbar ist.

Kontinuierlicher Kohlefaserdruck funktioniert, indem ein konstantes Kohlefaserfilament in das geschmolzene Basispolymer eingespeist wird, während es extrudiert. Daher ist der Einsatz eines bestimmten Druckers, der dies kann, der richtige Weg.

Der Zweck bleibt, die Festigkeit des Teils zu erhöhen, da der Kohlefaserdruck es während des Druckprozesses direkt verstärkt.

Wie wird Kohlefaserfilament hergestellt?

Kohlefaserfilament besteht aus Filamenten, die aus verschiedenen Basispolymer-Materialien mit winzigen infundierten Kohlefasern hergestellt werden.

Kohlefasern bestehen aus Kohlenstoffatomen, die in einer kristallinen Formation miteinander verbunden sind. Atomlagen sind zusammengeknüllt, wodurch Bindungen entstehen, die eine sehr hohe Zugfestigkeit genießen, die an das gedruckte Produkt weitergegeben wird.

Diese Kristallausrichtungen geben der Kohlefaser ein großartiges Festigkeits-Volumen-Verhältnis, das es ermöglicht, Kohlefaser in zahlreiche Anwendungen zu formen.

Fazit

Das gesamte Konzept des 3D-Drucks mit Kohlefaser wird in diesem Artikel entmystifiziert. Dieser Artikel diente als ausführlicher Leitfaden zur 3D-Kohlefasertechnologie mit verschiedenen definierten und erklärten Konzepten.

Hoffentlich sind Sie nun über die Vor- und Nachteile der Verwendung von Kohlefaserfilamenten und die Arten von 3D-Druckern informiert, die gut damit funktionieren.

Die Erschwinglichkeit von Kohlefaserdruckern ist auch ein Anreiz, die Technologie zu nutzen, die robustere Produkte als Standard-Kunststofffilamente liefert.