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3D 打印碳纖維終極指南

魔猴君  知識堂   31天前

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當您的零件或產品需要出色的機械性能、輕量化和耐用性時,碳纖維是實現這一目標的黃金標準。其出色的強度重量比使其成為高性能工程應用、車間工具、工廠夾具和固定裝置、車身原型等的首選材料。


碳纖維3D打印自20世紀60年代開始流行,最近作為一種賦予塑料部件金屬級強度以及耐熱、耐化學品和耐腐蝕的材料而成為人們關注的焦點。

今天魔猴網將和大家一些了解3D打印碳纖維相關知識點。

一、什么是碳纖維3D打???
使用Formlabs的碳纖維注入尼龍11粉末材料進行SLS 3D打印的零件(來源:Formlabs)
碳纖維3D打印是使用嵌入聚合物粉末或長絲中的短切或連續碳纖維材料進行3D打印的總稱。注入碳纖維的“基礎”材料可以是尼龍、PEEK或各種其他聚合物,并且材料中碳纖維的含量各不相同。由于該材料是帶有聚合物的碳纖維,因此您有時會聽到這種類型的3D打印被稱為“復合”3D打印。
碳纖維的兩種主要3D打印技術是:
熔融沉積成型(FDM)

選擇性激光燒結(SLS)


FDM(左)和SLS(右)技術示意圖(來源:Hubs)
1、FDM工藝3D打印碳纖維
FDM 3D打印是制造碳纖維零件最方便、最通用的方法。
只要使用硬化鋼噴嘴,碳纖維絲就可以用于多種FDM 3D打印機,但材料可能會有所不同。含有碳纖維顆粒的長絲的工作原理相同:擠出機產生的熱量使長絲變得柔韌,并使嵌入的碳纖維在打印方向上對齊,從而賦予最終打印件強度和剛度。

碳纖維打印的第二種方法是連續碳纖維(CCF),它使用雙擠出噴嘴。一臺擠出機鋪設一層連續碳纖維,而另一臺則鋪設一層另一種材料。這種方法制造的零件比使用短纖維更堅固,并提供更一致的負載分布。它非常適合不需要整個碳纖維,而是在特定區域(例如僅在外壁上)進行加固的零件。


Raise3D E2CF桌面打印機專為碳纖維注入長絲而設計(來源:Raise 3D)
這種方法的另一個版本是連續纖維共擠出(CFC),其中塑料材料和連續纖維在擠出機內融合。

這兩種方法非常有趣的是,根據填充和沉積策略,可以將自定義材料屬性構建到零件中,而無需改變其凈形狀。不同的加固策略包括脫殼、纖維面板條紋、羅紋和纖維角度等。


Sinterit Nils 480是一款SLS 3D打印機,能夠使用碳纖維尼龍制造零件(來源:Sinterit)
2、SLS工藝3D打印碳纖維
SLS 3D打印使用高功率激光將粉末塑料材料一次一層地融合在一起形成3D形狀。它可以同時制造出細節精致、堅固、耐用且耐熱的零件。碳纖維尼龍(CF-PA)是SLS 3D打印最常用的材料之一。
碳纖維填充尼龍往往具有高度各向異性,這意味著材料屬性將根據打印過程中零件的方向而變化,因為小纖維將與粉末在構建平臺上的分布方式對齊。例如,這個方向的拉伸強度將比其他兩個方向高得多,因此零件方向很重要,您的構建準備軟件應該提醒您注意這一點。

二、碳纖維3D打印的主要優點


堅固、實用的夾具現在可以通過3D打印代替機械加工(來源:All3DP)
當需要優異的物理性能時,會選擇使用碳纖維增強材料進行打印,而不是PLA、ABS、尼龍或PETG等更標準的材料。這不僅適用于最終用途零件,也適用于制造裝備和夾具以及功能原型。

碳纖維可提高強度,同時減輕重量,使其成為汽車、航空航天和體育等許多行業的理想復合材料。當然,特定于工藝的特性(例如層線或尺寸精度)仍然主要取決于所使用的機器類型。


BigRep的Pro打印機可以處理高溫PA12 CF和第三方耗材(來源:BigRep)
總體而言,碳纖維3D打印因其以下優點而備受贊譽:
高強度和剛度
潛在的金屬替代品
卓越的尺寸穩定性
可用于最終用途零件和功能原型
耐腐蝕、耐熱、耐油、耐油脂

Superstrata自行車采用連續碳纖維3D打印并量身定制(來源:Superstrata)

三、怎么挑選碳纖維3D打印機


八款頂級桌面尺寸碳纖維3D打印機(來源:All3DP)
選擇碳纖維3D打印機時需要考慮很多因素。購物時,請考慮以下幾個方面:
3D打印機和材料成本
您零件的機械性能
詳細程度
打印尺寸和體積
打印速度
材料選項(開放與專有)
特定市場需求(汽車、航空航天、制造業)
如果您開始使用碳纖維3D打印中小型車間工具、固定裝置和堅固的原型,可以選擇多種桌面尺寸模型。



編譯整理:ALL3DP

   

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