Kohlenstofffaserverstärkte Filamente
kohlenstofffaserverstärkte Materialien sind mit kontinuierlichen Fasern oder Faserpartikeln gefüllt, was zu Bauteilen mit verbesserten physikalischen Eigenschaften und hoher Steifigkeit führt. Es gibt eine Vielzahl von kohlenstofffaserverstärkten Optionen für den 3D-Druck, aber sie erfordern alle drastisch unterschiedliche Druckeinstellungen.
Kohlenstofffaserverstärkte Filamente kombinieren die Vorteile von Thermoplasten mit der Festigkeit und Steifigkeit von Kohlenstofffasern und schaffen Materialien, die für Anwendungen im Ingenieurwesen optimiert sind. Diese Verbundwerkstoffe eignen sich ideal für leichte, langlebige Bauteile, die verbesserte mechanische Eigenschaften und dimensionsstabile Eigenschaften benötigen.
Was sind kohlenstofffaserverstärkte Filamente?
Kohlenstofffaserfilamente infundieren kurze Kohlenstofffasern in ein Basis-Thermoplast (z. B. PLA, PETG, Nylon, ABS oder PC). Die Fasern erhöhen die Steifigkeit, reduzieren Verzug und verbessern die Hitzebeständigkeit bei gleichzeitiger Erhaltung der Druckbarkeit des Basismaterials.
Hauptvorteile
Erhöhte Steifigkeit: Fasern erhöhen die Festigkeit und reduzieren das Durchbiegen in Strukturkomponenten.
Dimensionsstabilität: Minimiert Schrumpfung und Verzug während des Abkühlens.
Leichtgewichtig: Geringere Dichte als Metalle, ideal für gewichtssensible Branchen.
Verbesserte Hitzebeständigkeit: Höhere Wärmeformbeständigkeit als Basismaterialien.
Häufige kohlenstofffaserverstärkte Optionen
1. PLA-CF
Basismaterial: PLA
Eigenschaften: Erhöhte Steifigkeit und Oberflächenfinish, jedoch reduzierte Schichthaftung und Schlagzähigkeit.
Anwendungen: Ästhetische Prototypen, Drohnenrahmen, leichte Vorrichtungen.
Einschränkungen: Spröde; ungeeignet für hochbelastete oder hochtemperaturige Umgebungen.
2. PETG-CF
Basismaterial: PETG
Eigenschaften: Balanciert Steifigkeit mit UV-/chemischer Beständigkeit; weniger verzugsempfindlich als ABS-CF.
Anwendungen: Auto-Interieur, Außenbefestigungen, funktionale Prototypen.
Einschränkungen: Verringerte Duktilität im Vergleich zu Standard-PETG.
3. Nylon-CF (z. B. NylonX, PA-CF)
Basismaterial: Nylon (PA6/PA12)
Eigenschaften: Hohe Zugfestigkeit (bis zu 100 MPa), Hitzebeständigkeit (HDT bis zu 155 °C) und Ermüdungsbeständigkeit.
Anwendungen: Vorrichtungen, Zahnräder, Luft- und Raumfahrthalterungen und Motorraumteile im Automobilbereich.
Einschränkungen: Erfordert gründliches Trocknen und abriebfestes Hardware-Equipment.
4. ABS-CF
Basismaterial: ABS
Eigenschaften: Verbesserte Steifigkeit und reduzierter Verzug im Vergleich zu Standard-ABS.
Anwendungen: Automobilprototypen, Gehäuse und funktionale Komponenten.
Einschränkungen: Neigt zu Dämpfen; erfordert Belüftung.
5. PC-CF
Basismaterial: Polycarbonat
Eigenschaften: Außergewöhnliche Festigkeit (Zugfestigkeit ≈ 70–75 MPa) und Hitzebeständigkeit (bis zu 150 °C).
Anwendungen: Luft- und Raumfahrtkomponenten, hochtemperaturbeständige Vorrichtungen und elektrische Isolatoren.
Einschränkungen: Erfordert hohe Düsentemperaturen (300–330 °C) und geschlossene Drucker.
6. Spezialverbundstoffe
PPS-CF: Hohe thermische Stabilität (kurzfristig bis zu 260 °C) für luftfahrtspezifische und chemikalienbeständige Bauteile.
PP-CF: Leicht mit Ermüdungsbeständigkeit für Scharniere und Snap-Fit-Baugruppen.
Drucküberlegungen
Hardware-Anforderungen
Düse: Härtete Stahl-, Rubin- oder diamantbeschichtete Düsen, um Abrieb standzuhalten.
Betthaftung: PEI-Platten, Klebstoffe (z. B. Magigoo) oder strukturierte Oberflächen.
Gehäuse: Empfohlen für verzugsempfindliche Materialien (z. B. ABS-CF, Nylon-CF).
Herausforderungen
Abrieb: Beschleunigte Abnutzung an Extruderrädern und Bowden-Schläuchen.
Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Nylon-CF und PC-CF erfordern Trocknung (70–80 °C für 4–6 Stunden).
Schichthaftung: Höhere Düsentemperaturen und langsamere Geschwindigkeiten verbessern die Haftung.
Anwendungen nach Branche
Luft- und Raumfahrt
Halterungen, Leitungen, Drohnenrahmen
Nylon-CF, PPS-CF, PC-CF
Automobilbereich
Halterungen, Zierleisten, Motorraumkomponenten
PETG-CF, ABS-CF, Nylon-CF
Industrie
Vorrichtungen, Fördererteile, Werkzeuge
Nylon-CF, PC-CF
Konsumgüter
Handyhüllen, Sportartikel
PLA-CF, PETG-CF
Medizin
Prothesen, chirurgische Schablonen
Nylon-CF (biokompatibel)
Vor- und Nachteile
Vorteile
Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis: Leichter als Metall bei vergleichbarer Steifigkeit.
Dimensionsstabilität: Reduzierter Verzug für präzise Teile.
Ästhetische Anziehungskraft: Mattes Finish mit sichtbarer Faserstruktur.
Einschränkungen
Brittleit (Sprödigkeit): Reduzierte Schlagzähigkeit in einigen Formulierungen (z. B. PLA-CF).
Kosten: Teurer als Standardfilamente.
Hardware-Verschleiß: Abrasive Fasern erfordern häufigen Düsenwechsel.
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