Коротко: Композитные материалы с углеродным волокном меняют 3D-печать. Технология позволяет создавать детали прочнее металла при меньшем весе. В статье мы рассмотрим, как 3D-печать углеродным волокном влияет на свойства изделий и какие промышленные принтеры, такие как BigRep, используют эту технологию.
Композитные материалы с углеродным волокном меняют возможности аддитивного производства. Технология позволяет печатать детали прочнее металла при весе пластика. Крупноформатные принтеры BigRep интегрируют непрерывное армирование углеродным волокном для промышленного применения.
Что такое 3D-печать углеродным волокном?
3D-печать углеродным волокном - это технология создания композитных деталей. Она включает добавление углеродных нитей в базовый полимер. Чистое углеродное волокно почти не используется самостоятельно. Его измельчают до размера, проходящего через сопло экструдера. Затем его смешивают с термопластом.
Углеродное волокно производят из полиакрилонитрила (PAN). Это побочный продукт нефтепереработки. Материал вытягивают в тонкие нити. Затем их окисляют и карбонизируют при температуре около 1000°C. После обработки поверхности и калибровки волокна режут на короткие фрагменты. Их экструдируют с базовым полимером в филамент.
Как углеродное армирование влияет на свойства изделий?
Добавление углеродных волокон повышает жесткость и прочность на разрыв. При этом оно снижает общий вес детали. Композиты демонстрируют улучшенную термостойкость по сравнению с чистыми пластиками. Материал получает химическую стойкость и низкое тепловое расширение.
Армированные детали имеют привлекательную матовую текстуру поверхности. Они хорошо поддаются механической обработке, такой как шлифование и окраска. Это делает их подходящими для функциональных прототипов. Детали также служат заменой тяжелых металлических компонентов.
Однако композиты становятся более хрупкими по сравнению с неармированными пластиками. Они требуют более мощного экструдера и точной калибровки принтера.
Какие типы композитных филаментов подходят для FDM-печати?
PLA и ABS с углеродным волокном
Базовые композиты на основе PLA и ABS легко найти по маркировке Carbon Fiber. Настройки печати близки к параметрам исходных материалов. Такие филаменты подходят для большинства FDM-принтеров без серьезных модификаций.
PETG с углеродным армированием
PETG CF отличается хорошей химической и влагостойкостью. Материал устойчив к ультрафиолету и удобен в печати. Он обеспечивает баланс между прочностью и простотой обработки.
Нейлон с углеродным волокном
Композиты на основе нейлона демонстрируют высокую прочность и термостойкость. Материал требует предварительной сушки и принтеров с закрытой камерой. Такие филаменты популярны в промышленных применениях.
Поликарбонат и другие инженерные пластики
Углепластиковые композиты на основе поликарбоната и других инженерных полимеров обеспечивают максимальные механические свойства. Они требуют продвинутого оборудования и точного контроля процесса печати.
Каковы особенности печати композитными материалами?
Углеродные волокна обладают высокой абразивностью. Они быстро изнашивают латунные сопла. Рекомендуется использовать сопла из закаленной стали или с рубиновым наконечником. Некоторые композиты подходят для SLS-принтеров с угленаполненными полиамидами.
Выбор базового полимера определяет итоговые свойства детали:
- Рабочую температуру эксплуатации.
- Стойкость к механическим нагрузкам.
- Химическую стойкость.
- Сложность процесса печати.
Композитные филаменты обеспечивают лучшую стабильность размеров и меньшую деформацию. Это заметно по сравнению с чистыми полимерами.
Крупноформатные принтеры BigRep для промышленной печати
Технологические особенности оборудования BigRep
Немецкая компания BigRep специализируется на крупноформатных FFF-принтерах. Они предназначены для промышленного применения. Оборудование рассчитано на непрерывную работу в производственных условиях. Команда разработчиков на две трети состоит из инженеров и технических специалистов.
Принтеры BigRep используют сервоприводы вместо шаговых двигателей. Это повышает точность позиционирования и стабильность результата. Числовое программное управление (ЧПУ) обеспечивает отказоустойчивость при выполнении сложных длительных задач.
BigRep ONE: максимальный объем печати
BigRep ONE предлагает область построения 1005×1005×1005 мм. Это свыше одного кубического метра. Принтер является одним из крупнейших FDM-принтеров на рынке. Устройство ориентировано на создание габаритных прототипов, форм, мебели и дизайнерских элементов.
Принтер работает с широким спектром материалов. Он использует от PLA до композитных нитей с наполнением стекловолокном. Толщина слоя варьируется от 150 до 400 мкм. Обновленный экструдер под сопла 1-2 мм обеспечивает высокую скорость печати крупных моделей.
Держатель катушек рассчитан на несколько больших бобин. Каждая весит до 8 кг. Это критично для длительной печати габаритных деталей без остановок на замену материала.
BigRep Studio: баланс размера и точности
BigRep Studio предлагает область построения 500×1000×500 мм. Принтер обеспечивает высокое разрешение печати. Двойной экструдер с соплом 0,6 мм позволяет использовать два материала одновременно. Также можно печатать поддержки растворимым пластиком.
Принтер развивает скорость печати до 140 мм/с. Скорость перемещения достигает 1000 мм/с. Толщина слоя составляет от 100 до 400 микрон. Подогреваемая платформа нагревается до 80°C для работы с инженерными пластиками.
Как применяются углеродные композиты в промышленности?
Детали из углепластиковых филаментов заменяют металлические компоненты. Их используют в машиностроении, авиации и робототехнике. Они подходят для функционального прототипирования. Также они применяются для создания оснастки и малосерийного производства.
Открытая конструкция рамы принтеров BigRep обеспечивает визуальный контроль процесса. Операторы могут оценивать качество изделия в ходе печати. Защитные кожухи и датчики безопасности снижают риски при работе с крупногабаритным оборудованием.
Специалисты Cybercom отмечают растущий спрос на композитные материалы. Это происходит среди промышленных предприятий. Технология позволяет сократить время разработки. Она также снижает себестоимость мелкосерийного производства.
Как выбрать технологию армирования для 3D-печати?
Существует два основных подхода к применению углеродного волокна в 3D-печати:
- Короткие волокна в термопласте. Измельченное волокно смешивается с базовым полимером. Подходит для стандартных FDM-принтеров с минимальными модификациями.
- Непрерывное армирование. Цельные нити укладываются в процессе печати. Требует специализированного оборудования. Однако оно обеспечивает максимальную прочность.
BigRep и Endless Industries развивают интеграцию непрерывного армирования. Это происходит в крупноформатном производстве. Такая комбинация технологий выводит аддитивное производство на промышленный уровень.
Рынок 3D-печати внедряет композитные материалы. Это нужно для повышения производительности изделий. Углеродные композиты демонстрируют потенциал для трансформации производственных процессов. Это касается различных отраслей промышленности.
