Нити с углеродным волокном

Материалы с армированием из углеродного волокна заполнены непрерывными волокнами или волокнистыми частицами, что приводит к деталям с улучшенными физическими свойствами и высокой жесткостью. Существует множество вариантов материалов с углеродным волокном для 3D-печати, но все они требуют кардинально разных настроек печати.

Нити с армированием углеродным волокном сочетают преимущества термопластов с прочностью и жесткостью углеродных волокон, создавая материалы, оптимизированные для инженерных применений. Эти композиты идеальны для легких, долговечных деталей, требующих улучшенных механических свойств и размерной стабильности.

Что такое нити, армированные углеродным волокном?

Углеродные волоконные нити добавляют короткие углеродные волокна в базовый термопласт (например, PLA, PETG, нейлон, ABS или PC). Волокна увеличивают жесткость, уменьшают деформацию и улучшают термостойкость при сохранении печатности базового материала.

Ключевые преимущества

• Повышенная жесткость: Волокна повышают жесткость, уменьшая прогиб в конструктивных элементах.

• Размерная стабильность: Минимизирует усадку и деформацию при охлаждении.

• Низкий вес: Меньшая плотность по сравнению с металлами, идеально для отраслей, чувствительных к весу.

• Улучшенная термостойкость: Более высокая температура теплового деформирования по сравнению с базовыми материалами.

Распространенные варианты с армированием углеродным волокном

1. PLA-CF

• Базовый материал: PLA

• Свойства: Повышенная жесткость и качество поверхности, но сниженное сцепление между слоями и ударная вязкость.

• Применение: Эстетические прототипы, рамы дронов, легкие приспособления.

• Ограничения: Хрупкий; непригоден для условий с высокой нагрузкой или высокой температурой.

PLA-CF от Polymaker

2. PETG-CF

• Базовый материал: PETG

• Свойства: Сочетает жесткость с устойчивостью к УФ/химии; менее склонен к короблению, чем ABS-CF.

• Применение: Автомобильные накладки, уличные элементы, функциональные прототипы.

• Ограничения: Сниженная пластичность по сравнению со стандартным PETG.

3. Nylon-CF (например, NylonX, PA-CF)

• Базовый материал: Нейлон (PA6/PA12)

• Свойства: Высокая прочность на разрыв (до 100 МПа), термостойкость (HDT до 155°C) и усталостная стойкость.

• Применение: Приспособления, шестерни, крепления для авиации и детали подкапотного пространства автомобилей.

• Ограничения: Требует тщательной сушки и оборудования, устойчивого к абразии.

Fiberon™ PA6-CF20 от Polymaker

4. ABS-CF

• Базовый материал: ABS

• Свойства: Повышенная жесткость и уменьшенное коробление по сравнению со стандартным ABS.

• Применение: Автомобильные прототипы, корпуса и функциональные компоненты.

• Ограничения: Склонен к выделению паров; требует вентиляции.

5. PC-CF

• Базовый материал: Поликарбонат

• Свойства: Исключительная прочность (прочность при растяжении ~70–75 МПа) и термостойкость (до 150°C).

• Применение: Авиационные компоненты, высокотемпературные приспособления и электрические изоляторы.

• Ограничения: Требует высокой температуры на сопле (300–330°C) и закрытых принтеров.

6. Специализированные композиты

• PPS-CF: Высокая термическая стабильность (до 260°C кратковременно) для авиационных и химически стойких деталей.

• PP-CF: Низкий вес с усталостной стойкостью для петель и защелкивающихся соединений.

Особенности печати

Требования к оборудованию

• Сопло: Закаленная сталь, рубин или с алмазным покрытием для сопротивления абразии.

• Адгезия к столу: Листы PEI, клеи (например, Magigoo) или текстурированные поверхности.

• Камера/корпус: Рекомендуется для материалов, склонных к короблению (например, ABS-CF, Nylon-CF).

Проблемы

• Абразивность: Ускоренный износ шестерен экструдеров и трубок Bowden.

• Чувствительность к влаге: Nylon-CF и PC-CF требуют сушки (70–80°C в течение 4–6 часов).

• Адгезия слоёв: Более высокие температуры сопла и медленные скорости улучшают сцепление.

Применения по отраслям

Отрасль	Сценарии использования	Предпочтительные материалы
Авиационная	Крепления, воздуховоды, рамы дронов	Nylon-CF, PPS-CF, PC-CF
Автомобильная	Кронштейны, накладки, подкапотные детали	PETG-CF, ABS-CF, Nylon-CF
Промышленная	Приспособления, детали конвейера, оснастка	Nylon-CF, PC-CF, PET-GF
Потребительская	Чехлы для телефонов, спортивные товары	PLA-CF, PETG-CF
Медицинская	Протезы, хирургические направляющие	Nylon-CF (биосовместимый)

Плюсы и минусы

Преимущества

• Отношение прочности к весу: Легче металла при сопоставимой жесткости.

• Размерная стабильность: Сниженное коробление для точных деталей.

• Эстетическая привлекательность: Матовая отделка с видимой текстурой волокон.

Ограничения

• Хрупкость: Сниженная ударная вязкость в некоторых составах (например, PLA-CF).

• Стоимость: Дороже, чем стандартные нити.

• Износ оборудования: Абразивные волокна требуют частой замены сопел.