Können Sie Kohlefaser in 3D drucken?

Können Sie Kohlefaser in 3D drucken? Ja, Sie können Kohlefaser in 3D drucken! Im Laufe der Jahre wurden Kohlefasermaterialien für die Herstellung vieler Konstruktionen verwendet.

Zu den Produkten, die aus Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt werden können, gehören unter anderem Flugzeugflügel, Fahrradrahmen, Propellerblätter und Autokomponenten.

Daher bleibt die Anwendung von Kohlenstofffasern in der Herstellung von Produkten traditionell vielfältig und umfangreich. Dies veranlasste die 3D-Druckindustrie schließlich dazu, sich darüber Gedanken zu machen, wie das Material Kohlefaser in den additiven 3D-Druckprozess integriert werden kann.

Insbesondere der 3D-Druck von Kohlenstofffasern erweist sich als attraktiv, da Kohlenstofffasern ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweisen, eine seltene Eigenschaft, die in jedem anderen Filamentmaterial für den 3D-Druck zu finden ist.

Aufgrund der zahlreichen Vorteile von Kohlefaser bieten viele 3D-Druckunternehmen kohlefaserverstärkte Materialien oder Technologien an, die darauf ausgelegt sind, die Nutzung dieses Verbundwerkstoffs für eine Anwendung mit höherer Leistung zu maximieren.

Beim 3D-Druck erfolgt der Kohlefaserdruck auf zwei verschiedene Arten, erstens durch die Verwendung von faserverstärkten Filamenten und zweitens durch kontinuierliche Kohlefaserverstärkung.

Ist 3D-gedruckte Kohlefaser stark?

Die bekannteste Eigenschaft von Kohlefasermaterial bleibt vor allem seine hohe Festigkeit, 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 Kohlenstofffaser-Filament wird mit einem thermoplastischen Material gemischt, das als Basismaterial bekannt ist, um ein festes Verbund-Kohlenstofffaser-Filament herzustellen.

Die Fasern erweisen sich als extrem stark, da die Kohlenstoffatome und der mikroautomatisierte Faserplatzierungsprozess sicherstellen, dass die gebundenen Kohlenstoffatome die erforderliche Festigkeit in der Kohlefaserfüllung liefern.

Auf dem Markt sind mehrere Filamente mit Kohlefaserfüllung erhältlich. Dazu gehören beliebte thermoplastische Filamente wie ABS, PLA, Nylon, PETG und Polycarbonat.

• Kohlenstofffaserverstärkte Materialien

Kohlenstofffaser-Verstärkungspolymer (CFK), ein mit Kohlenstofffasern verstärkter Polymermatrix-Verbundwerkstoff, weist eine einzigartige Festigkeit auf. Seine Verstärkung kann in Form von kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Verwendung von Kohlenstofffasern erreicht werden.

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

• Kohlefaserverstärkte Filamente

Kohlefaserverstärkte Filamente sind bekanntermaßen extrem stark. Dadurch kann das Kohlefaserfilament eine beispiellose Festigkeit und Steifheit aufweisen. Es reduziert auch das Gesamtgewicht und eignet sich daher ideal zum Drucken von leichten Objekten oder Endverbrauchsteilen.

• Durchgehende Karbonfaserverstärkung

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 eingesetzt werden, die als Kohlefaserverstärkung bekannt ist.

Da die Kohlefaser ungehackt bleibt, behält sie viel von ihrer Festigkeit, und das macht den 3D-Druck mit Endloskohlefaser wichtiger genug, um die Verwendung von Aluminium mit der Hälfte seines Gewichts zu ersetzen.

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

• Nylon-Carbonfasern

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

Es weist eine hohe Haltbarkeit auf, die die ursprüngliche Sprödigkeit der Kohlefaser ausgleicht. Ihr einziger Nachteil bleiben ihre hygroskopischen Eigenschaften, die einen angemessenen Umweltschutz für die Nylon-Kohlefaserspulen belasten.

• ABS-Kohlefaser

Am bekanntesten ist es für die Verwendung von spritzgegossenen Konsumgütern. Als festes Basispolymer behält ABS-Carbon eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit für seine Produkte. Das macht es ideal 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 die PETG-Kohlefaser. Es ist dafür bekannt, Chemikalien und Feuchtigkeit zu widerstehen, was es zu einem hervorragenden Verbundpolymer für Anwendungen unter solchen hygroskopischen Bedingungen macht.

Welcher 3D-Drucker kann Kohlefaser drucken?

Nicht alle Drucker auf dem Markt können zum Bedrucken von Kohlefasermaterial verwendet werden. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, müssen Sie möglicherweise spezielle Kohlefaser-3D-Drucker verwenden.

Nicht jeder Drucker kann mit 3D-Kohlefaserfilamenten drucken, da diese Materialien eine hohe Extrusionstemperatur von etwa 200 Grad Celsius erfordern. Seine abrasive Form kann die Messingdüsen des Druckers beschädigen.

Beispiele für Kohlefaser-3D-Drucker

Mal sehen, welche 3D-Drucker Kohlenstoff drucken können.

• Delta WASP 2040 Industrial X

Dieser Drucker wird in Italien von WASP hergestellt und druckt auf verschiedenen Materialien, darunter Kohlefaserverbundwerkstoffe.

WASP 2040 rühmt sich eines Dual-Gear-Filamenttreibers für eine bessere Nutzung von Verbundwerkstoffen aus Endlosfasermaterial.

• The Raise 3D E2 CF &Pro2 Plus

Dieses Modell verfügt über eine unabhängige Dual-Extruder-Funktion. Es verwendet Kohlefaserfilamente und hat eine Düse aus gehärtetem Stahl, die bis zu 300 Grad Celsius heiß werden kann.

• Makerbot METHOD Carbon Fibre Editions

Dieser 3D-Drucker ist auf den Ersatzteilmarkt für Metallteile ausgerichtet. Sie verwenden verstärktes Nylon, das eine hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit optimiert. Sie haben einen Komposit-Extruder mit der Fähigkeit, abrasive Materialien zu handhaben.

Ein weiteres wichtiges Merkmal, das beibehalten wird, sind die Antriebszahnräder aus gehärtetem Metall und eine austauschbare Düse aus gehärtetem Stahl, um die maximale Düsentemperatur beim Kohlefaser-3D-Druck zu bewältigen.

• Fusion 3 F410

Dieser Drucker eignet sich hervorragend für die Verwendung mit Kohlenstoffverbundwerkstoffen. Es ist bekannt, dass es eine perfekte Maschine ist, die billiger ist und eine maximale Düsentemperatur von 300 Grad hat.

Der Kohlefaserdrucker Fusion 3 F410 eignet sich gut für die meisten verstärkten Kohlefasern und seine Erschwinglichkeit macht ihn zu einem Favoriten vieler Benutzer von 3D-Druckern.

Wie drucken Sie Kohlefaser?

Kohlefaserfilamente bestehen aus winzigen Fasern, die in das Grundmaterial eingebracht werden, um die Materialeigenschaften zu verbessern.

Die Stärke der Faser bewirkt, dass das Filament gleich stark ist und eine höhere Steifigkeit aufweist. Es ermöglicht, dass die 3D-Druckerteile leichter sind und Dimensionsstabilität gewährleisten, da die Fasern das Schrumpfen während des Abkühlprozesses einschränken.

Kohlefaser drucken

Bevor Sie mit dem Drucken beginnen, müssen Sie möglicherweise Druckeinstellungen wie Temperatur, Betthaftung, Extrusionsraten und Druckgeschwindigkeit ähnlich den Standardeinstellungen festlegen, 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 das Beschädigungsrisiko zu bewältigen.

Wie viel kostet ein Carbon-3D-Drucker?

Die Kohlefaserdrucker sind in der Regel nicht zu teuer auf der ganzen Linie. Ihre Erschwinglichkeit ist eine große Erleichterung für 3D-Drucker, die Kohlefasertechnologie verwenden.

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

• Delta WASP 2040 verwendet FDM-Technologie und genießt einen Marktpreis von 4750 $
• Raise3D E2 CF &Pro2 Plus nutzt die FDM-Technologie und kostet 4.999 $
• Makerbot Method Carbon Fiber Edition nutzt die FDM-Technologie und kostet 4.999 $
• Fusion3 410 nutzt die FDM-Technologie und kostet 5.000 $
• Das XYZ-Druckteil pro300X verwendet die FDM-Technologie und kostet 5.500 $
• Ultimaker S5 verwendet FDM und kostet 5.995 $
• Stratasys F120 verwendet FDM und kostet 12.000 $
• Raboze XTREME verwendet FDM-Technologie und kostet 10.000 $

Kohlefaser-Filament

Kohlenstofffaser-Filament ist ein Verbundmaterial, das durch das Einbringen winziger Kohlenstofffasern in eine Polymerbasis gebildet wird. Es sieht ähnlich aus wie metallgetränkte Filamente, besteht aber stattdessen aus Faserfragmenten.

Die Polymerbasis kann aus zahlreichen gängigen 3D-Druck-Filamentmaterialien wie ABS, PLA, Nylon, PETG und anderen Materialien stammen. Die Kohlefaserfäden enthalten kurze Partikel mit einem Durchmesser von ca. 0,01 mm. Es verbessert die Festigkeit der Kohlefaser und erhöht ihre Sprödigkeit.

Diese erhöhte Festigkeit, die durch diese Infusion der winzigen Partikel der Kohlefaser in die Polymerbasis erzeugt wird, bringt eine hervorragende Dimensionsstabilität, die hilft, ein Verziehen und Schrumpfen während des Abkühlens zu vermeiden.

Vorteile

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

Nachteile

• Verziehen und Schrumpfen
• Abrasives Filament, das Messingdüsen abnutzt

Benötige ich einen Kohlefaser-spezifischen Drucker für den Kohlefaserdruck?

Der 3D-Druck mit Kohlefaserfilamenten unterscheidet sich ein wenig vom herkömmlichen 3D-Druck mit Basispolymeren. Das Kohlefaserfilament ist steifer als gewöhnliche Filamente wie Nylon und hat eine matte Oberflächentextur.

Daher ist für den 3D-Druck möglicherweise eine gehärtete Düse erforderlich, die bei normalen 3D-Druckern möglicherweise nicht ohne weiteres verfügbar ist.

Kontinuierlicher Kohlefaserdruck funktioniert, indem ein konstanter Kohlefaserfaden in das geschmolzene Basispolymer eingeführt wird, während es extrudiert wird. Daher ist die Bereitstellung eines bestimmten Druckers, der dies kann, der richtige Weg.

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

Wie wird Kohlefaser-Filament hergestellt?

Kohlefaser-Filamente bestehen aus Filamenten, die aus verschiedenen Basis-Polymermaterialien hergestellt sind, in die winzige Kohlefasern eingegossen sind.

Kohlenstofffasern bestehen aus Kohlenstoffatomen, die in einer kristallinen Formation aneinander gebunden sind. Schichten von Atomen werden zusammengeknüllt, wodurch Verbindungen entstehen, die eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweisen, die dieselbe an das Druckprodukt weitergibt.

Diese Kristallausrichtungen verleihen der Kohlenstofffaser ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Volumen, wodurch Kohlenstofffasern für zahlreiche Anwendungen verwendet werden können.

Schlussfolgerung

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

Hoffentlich sind Sie jetzt 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 bietet