3D打印碳纖物料究竟有什麼成份?

3D打印碳纖物料究竟有什麼成份?

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碳纖維是由約瑟夫·斯旺(Joseph Swan)於1860年首次生產的,由長碳原子鍵合在一起製成。鏈的直徑通常在5到10微米之間,長度根據應用而變化。多年來,碳纖維由於具有令人感興趣的特性,包括高剛度,高拉伸強度,低重量,高耐化學性,高溫耐受性和低熱膨脹性,已在許多領域流行。純碳纖維實際上比鋼強五倍,卻很輕。可以想像,這些特性使碳纖維適合依賴於材料特性來優化性能的應用,尤其是在航空,汽車,軍事或土木工程等行業。

碳纖維很少單獨使用。它們通常與其他材料結合形成所謂的複合材料,在這種特殊情況下稱為碳纖維增強材料。這些複合材料由基質材料(通常是聚合物)製成,儘管可以使用添加了碳纖維的非聚合物材料(如陶瓷)。主要的好處是最終可以得到更堅固,更輕的塑料,並增加了剛度。

傳統上,碳纖維複合材料已用於結構設計,其中增加的重量轉化為增加的生命週期成本或不令人滿意的性能。碳纖維複合材料可用於製造許多產品,例如自行車車架,飛機機翼,螺旋槳葉片,汽車部件等。鑑於碳纖維的諸多優勢,使用它的不再只是傳統的製造系統。近年來,越來越多的3D打印公司一直在提供碳纖維增強材料或與該複合材料配合使用的技術,以實現更高性能的應用。

3D打印應用

IDTechEx在其2020-2030年3D打印複合材料報告中透露,到2030年,全球3D打印複合材料市場價值將達到17億美元。該數字還包括其他復合材料,例如用玻璃或塑料纖維增強的材料。儘管如此,這種趨勢清楚地表明3D打印行業在其製造活動中越來越多地使用包括碳纖在內的所有復合材料。在3D打印中,基本上有兩種使用碳纖維的方法,第一種是碳纖維增強的膠絲,第二種是連續碳纖維增強。

3D打印碳纖物料究竟有什麼成份

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碳纖維3D打印膠料

碳纖維3D打印物料其實是在基材中混入了細小的碳纖維,以改善打印材料的性能。一般會混入碳纖維的基材包括PLA,PETG,尼龍和ABS。碳纖維非常堅固並且使打印物料的強度和剛度增加。纖維有助於防止部件冷卻時收縮,這也意味著3D打印部件將更輕,尺寸更穩定。

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碳纖維長絲使用短碳纖維,該碳纖維由長度小於一毫米的線段組成,並與被稱為基礎材料的熱塑性塑料混合。可以用碳纖維填充材料購買許多流行的長絲,包括PLA,PETG,尼龍,ABS和聚碳酸酯。這些纖維非常堅固,它們使長絲的強度和剛度增加,並且還減輕了其總重量。碳纖維長絲的3D打印要求應類似於碳纖維添加到的基礎材料的要求。主要區別在於纖維會阻塞3D打印機的噴嘴,因此專家建議使用硬化的鋼噴嘴。另外,超過一定的纖維閾值,3D打印的零件將失去表面光潔度。

打印設置上,溫度,速度,打印平溫度與添加纖維的基礎材料的常規設置非常相似(例如,PLA基碳纖維打印物料可以用PLA打印設置作為測試起點,)。但是,由於添加了碳纖維,這些特殊打印物料更容易堵塞。

因此,利用混入碳纖維的3D打印物料進行打印後,建議立即通過噴嘴載入15-20cm PLA打印物料來清潔噴嘴。這將確保任何潛在的剩餘的碳纖維的3D打印物料從噴嘴中擠出。

不過要注意的是,碳纖維3D打印物料含有相對高濃度的極硬碳纖維,具有磨蝕性。通常,這些碳纖維將加速黃銅噴嘴的噴嘴磨損,因此使用不銹鋼或其他硬化合金的噴嘴會比較耐用。

連續性的碳纖維

碳纖維3D打印打印膠絲絕對比沒有碳纖維的3D打印膠絲更堅固。但是,為了獲得更堅固的零件,可以使用另一種技術,稱為連續性碳纖維增強技術。由於連續性碳纖維沒有切成小塊,因此保留了更多的強度。實際上,連續碳纖維3D打印的強度足以取代一半重量的鋁。 3D打印機製造商聲稱,在某些應用中它可以代替金屬3D打印-主要優勢是它比金屬便宜。最後,通過放置碳纖維,可以增加零件的強度,同時減少材料的使用。

有關更多產品資料:3D打印碳纖維物料

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