Når det kommer til 3D-printfilamenter, vurderer vi dem typisk ud fra deres printevne og mekaniske egenskaber. Ydeevne ved printning er en afgørende faktor, der afgør, om et materiale er egnet til 3D-print og påvirker printets endelige udseende og dimensionsnøjagtighed. Mekaniske egenskaber bliver ofte overset, men de spiller en afgørende rolle for, om et materiale er egnet til specifikke anvendelser.
Hvis du f.eks. printer dele til droner, racerbiler eller maskiner, vil produktet kræve grundlæggende mekaniske egenskaber som stivhed (evne til at modstå deformation), styrke (evne til at modstå skader), sejhed (evne til at modstå slagbrud), varmebestandighed (evne til ikke at deformere ved høj temperatur). De mekaniske egenskaber ved disse printmaterialer er afgørende og kan i høj grad bestemme levetiden for de printede produkter i specifikke miljøer. Jo bedre den mekaniske ydeevne er, jo mere kan produktet opfylde en bredere vifte af krævende anvendelsesscenarier. Filamenter med fremragende mekaniske egenskaber er kendt som højtydende filamenter.
Højtydende filamenter har ikke fået meget opmærksomhed på grund af prisen og de begrænsede muligheder i 3D-printere på markedet. Bambu Lab X1-serien, som er en bedre løsning, kan perfekt understøtte almindelige højtydende materialer. I mellemtiden sigter vi mod at tilbyde en flerdimensionel systemløsning, herunder printere, filamenter og printparametre, som sikrer, at brugerne kan nyde en unik oplevelse med 3D-print. Bambu Labs højtydende filamenter er en afgørende del af dette, og vi er glade for at kunne tilbyde dem til vores kunder.
Hvis du er bekendt med kulfiber, kan du springe til den del af et specifikt filament nedenfor for at lære mere!
Hvad er kulfiber?
En almindelig løsning til at skabe højtydende filamenter er at blande fibre i en polymerbase. Lad os tage et simpelt eksempel for at forstå, hvordan det fungerer.
Tænk på det som at tilføje stålstænger til beton. Uden stålstænger er betonens mekaniske egenskaber dårlige, og den er tilbøjelig til at revne under eksterne kræfter. Når der tilføjes højstyrkestål, bliver betonen en sammenhængende struktur, der kan modstå eksterne kræfter. Det samme princip gælder for forbedring af de mekaniske egenskaber i 3D-printmaterialer ved hjælp af fibre, hvor nøglen er højstyrkefibre, der er pakket ind i grundmaterialet.
Kulfiber er en af de mest populære forstærkningsfibre sammen med glasfiber og kevlarfiber. Kulfiber er et kulstofmateriale med meget fin diameter og exceptionelle mekaniske egenskaber som høj stivhed, styrke, lav vægt, kemisk resistens og temperaturresistens. Disse kvaliteter gør det populært inden for rumfart, militær, motorsport og konkurrencesport. Men produktionsvanskelighederne og de høje omkostninger begrænser masseanvendelsen.
3D-printning af kulfiberfilament
Forestil dig at have 3D-printmaterialer med nogle af kulfiberens mekaniske egenskaber. Det ville være sejt, ikke? Nuværende industripraksis indebærer, at man hakker kulfiber og ekstruderer det med det 3D-printede grundmateriale for at skabe det endelige 3D-printfilament.
Hvad er fordelene og ulemperne ved dette hybride 3D-printmateriale, der består af et 3D-printet grundmateriale og kulfiber? Fordelene omfatter bedre mekaniske egenskaber (stivhed, styrke osv.), højere temperaturbestandighed, højere dimensionsnøjagtighed, kulfiberens udseende og så videre. Det skal dog være klart, at når man tilføjer kulfiber til forskellige basismaterialer, er forbedringen i disse aspekter helt forskellig. Nogle kan forbedres meget, og andre kan forbedres meget lidt. Forskellen er direkte relateret til selve basen, hvilket vi vil uddybe i de følgende afsnit. Kulfibermaterialer med en ydeevne, der kan forbedres til et meget højt niveau, kaldes højtydende kulfibermaterialer. Ellers betragter vi dem som entry-level kulfibermaterialer.
Der er også ulemper at overveje.
For det første er printkravene til printere højere for højtydende kulfibermaterialer. Det er nødvendigt at bruge et lukket kammer for at sikre en højere og mere ensartet kammertemperatur. Det kræver også en dyse med en højere printtemperatur og et dysemateriale lavet af hærdet stål, wolframcarbid, rubin eller andre super slidstærke materialer. Derudover har højtydende kulfibermaterialer generelt større stivhed, hvilket betyder, at filamentet er sværere at bøje, hvilket resulterer i større sandsynlighed for at slide på printkanalen under printning.
For det andet, på grund af det faktum, at kulfiberen i filamenterne stadig bevarer en vis længde (ca. 0,05-0,2 mm), kan den ikke smelte ved filamenternes printtemperatur og er relativt mere tilbøjelig til at forårsage tilstopning under printning.
Vores printere opfylder i øjeblikket de grundlæggende behov for at bruge kulfiber og overvinder den første ulempe, som også var en af de oprindelige designintentioner for vores printere. Bambu Lab X1-Carbon har et helt lukket kammer, en dyse af hærdet stål, en dysetemperatur på op til 300 °C og en bedtemperatur på 110 °C.
Hvad angår den anden ulempe, optimerer vi printoplevelsen ved hjælp af filamenter og printparametre. På den ene side er formlen for Bambu kulfiberfilamenter optimeret og forbedret for at reducere sandsynligheden for tilstopning under printning. På den anden side er printparametrene også tilpasset og optimeret. Lavere printhastigheder og større dysestørrelser anbefales til print af kulfibermaterialer.
Almindelige kulfiberfilamenter
Indtil nu kan 3D-printmaterialer af kulfiber betragtes som filamenter, der kan forbedre udseendet og den mekaniske ydeevne, men som ikke er så nemme at printe. Men når kulfiber føjes til basismaterialer som PLA, PETG, PA osv., varierer graden af forbedring. Baseret på deres egenskaber og ydeevne har vi forskellige klassifikationer for dem, hovedsageligt opdelt i højtydende og indgangsniveau kulfiberfilamenter. Lad os starte med de to højtydende kulfiberfilamenter.
Højtydende kulfiberfilamenter
PA-CF
PA-CF er et kulfibermateriale baseret på nylon. Nylon er en af de mest almindelige tekniske plasttyper og har gode, omfattende mekaniske egenskaber. Det bruges i vid udstrækning til industrielle anvendelser som gear og biler gennem sprøjtestøbning. Når der tilsættes kulfiber til dette materiale, forbedres dets mekaniske egenskaber betydeligt.
Heldigvis er PA-CF også velegnet til 3D-print, og printene har omfattende egenskaber langt ud over almindelige PLA-print, hvilket gør det til et af de mest almindelige højtydende materialer til 3D-print. Nylonmaterialer har dog en stor ulempe - høj vandabsorption, som er meget følsom over for fugt under 3D-print. Nylonfilamenter er tilbøjelige til at få defekter som snore og lækager under print, når de absorberer vand, hvilket kan føre til tilstopning og printfejl. Derudover vil styrken og stivheden af nylonprintprodukter falde, når de absorberer vand, men sejheden vil stige. Denne ulempe kræver, at vi tørrer materialet helt og opbevarer det i et forseglet miljø, når vi printer med dette filament.
Faktisk findes der mange typer PA, og ydeevnen varierer betydeligt. De mest anvendte PA-typer i 3D-print er PA6, PA12 og nogle specielle nyloner. PA6 har stærke mekaniske egenskaber, men dens største ulempe er, at dens vandabsorptionshastighed (ca. 3%) er meget højere end PA12 (ca. 0,3%). PA12's mekaniske egenskaber kan dog ikke matche PA6 under tørre forhold, og der er også betydelige omkostningsforskelle mellem dem. For at opsummere skal en god PA-CF-formel opnå en omfattende balance mellem mekaniske egenskaber, vandabsorptionshastighed, omkostninger og meget mere.
Bambu Lab har lanceret et PA-CF-filament, der er specielt formuleret til at opnå lavere vandabsorption og højere varmebestandighed. Vi har også optimeret dets stivhed i designet for at sikre, at det kan printes problemfrit gennem AMS, og det gør det muligt at printe med støttematerialer. Vi har navngivet det Bambu PAHT-CF.
For at opsummere, Bambu PAHT-CF er velegnet til AMS og har den bedste omfattende mekaniske ydeevne, lav vandabsorption og høj temperaturbestandighed. Det er det mest omfattende højtydende kulfibermateriale, der kan anvendes til industrielle fixturer, jigs, bilkomponenter, dronedele og meget mere. Det kan nemt opfylde forskellige krævende brugssituationer i dagligdagen.
PET-CF
Vi ønskede at introducere et kulfibermateriale med en højere stivhed end PAHT-CF for at imødekomme brugernes ekstreme krav til stivhed under visse arbejdsforhold, som er Bambu PET-CF.
Bambu PET-CF er hovedsageligt sammensat af PET og CF. PET er en krystallinsk plast, der er meget udbredt i industrier som plastflasker og bildele. Det er et materiale med høj mekanisk ydeevne, temperaturbestandighed, kemisk resistens og andre egenskaber. Når der tilsættes kulfibre til PET, kan dets mekaniske ydeevne, især stivheden, forbedres betydeligt. Derudover har det en betydelig fordel i forhold til nylonkulfiber, nemlig dets ekstremt lave vandabsorptionshastighed (ca. 0,3%), som gør det muligt for print at opretholde næsten den samme mekaniske ydeevne, som når de er tørre, selv når de udsættes for fugt. Det gør det velegnet til brug i fugtige miljøer.
Ulempen ved PET-CF er, at det er relativt skrøbeligt, og at bindingsstyrken mellem lagene er relativt dårlig. For at løse dette problem justerede vi formlen for Bambu PET-CF, og dets Z-akse slagstyrke når op på omkring 4,5 kJ/m² (mens antallet af andre PET-CF på markedet generelt er omkring 2-3 kJ/m²). Svagheden ved dette materiale kan også undgås gennem fornuftige printprocesser og brugsbetingelser. Når man f.eks. bruger PET-CF-strukturkomponenter, er det bedst at undgå at påføre kraft i bindingsretningen mellem lagene og undgå for store stød eller kollisioner, så man udnytter materialets styrker og minimerer dets svagheder.
For at opsummere, Bambu PET-CF har højere stivhed, ultra-lav vandabsorption, svagere bindingsstyrke mellem lagene og er relativt sprødt. Dets brugsscenarier ligner lidt PAHT-CF, men PET-CF er mere velegnet til strukturelle komponenter, der kræver høj dimensionsstabilitet, og printede dele, der vil være i langvarig kontakt med vand. Du kan fleksibelt vælge mellem disse to højtydende materialer baseret på dine specifikke brugsscenarier. Hvis du har brug for at bruge filamentet fra AMS, er PAHT-CF det bedste valg, da PET-CF ikke er kompatibelt med AMS. Ydelsessammenligningen mellem Bambu PET-CF og Bambu PAHT-CF er vist i figuren nedenfor.
Kulfiberfilamenter på indgangsniveau
I det følgende afsnit vil vi introducere to kulfibermaterialer på indgangsniveau, Bambu PLA-CF og Bambu PETG-CF, for at imødekomme flere brugeres behov for kulfiberprint. Tilføjelsen af kulfiber forbedrer ikke PLA- og PETG-basismaterialernes ydeevne væsentligt. Men sammenlignet med almindelig PLA og PETG kan du tænke på, at tilsætningen af kulfiber gør dem lidt stærkere og stivere, mens de stadig er nemme at printe og æstetisk tiltalende. Både PLA-CF og PETG-CF kan bruges til print med AMS.
PLA-CF
Bambu PLA-CF er et filament med en mat kulfiberstruktur, der i høj grad kan forbedre produkternes æstetiske udseende og samtidig opretholde en printydelse, der kan sammenlignes med PLA. For yderligere at optimere printoplevelsen har vi reduceret kulfiberindholdet for at sikre, at der ikke er risiko for tilstopning, selv ved højere printhastigheder. Selvom kulfiberindholdet ikke er så højt som i højtydende kulfibermaterialer, er stivheden stadig øget med mere end 30% sammenlignet med almindelig PLA. Derudover undertrykker kulfibre krympningsdeformation under printning og forbedrer derved printpræcisionen. Ulempen er, at disse kulfibre kan påvirke PLA-CF's bindingsstyrke mellem lagene. Men fra et andet perspektiv kan understøtningerne, der er printet med dette filament, være lettere at fjerne.
For at opsummere, Bambu PLA-CF har højere stivhed og dimensionsnøjagtighed end PLA, mat kulfiberstruktur og er let at printe. Det er primært egnet til print af små værktøjer, funktionelle prototyper, strukturelle komponenter, der kræver stivhed, og meget mere i dagligdagen. Dens ydeevne sammenlignet med almindelig PLA er som følger:
PETG-CF
Et andet kulfibermateriale på indgangsniveau er Bambu PETG-CFsom hovedsageligt består af PETG og CF og har en blank kulfiberstruktur. Dets mekaniske ydeevne kan ikke nå op på niveau med PET-CF. Den vigtigste forskel i PETG er, at 'G' står for glykol. PETG er en glykolmodificeret version af PET, der indeholder små mængder glykol som en co-monomer. Tilsætningen af glykol til PETG reducerer krystalliniteten og gør det mere gennemsigtigt, men det reducerer også styrken og stivheden.
Når der tilsættes kulfibre til PETG, kan det kun forbedre dets styrke og stivhed en smule. Sammenlignet med PLA-CF er dets stivhed ikke så høj, hvilket betyder, at det har en bedre sejhed. Derudover er bindingsstyrken mellem lagene bedre. I visse særlige tilfælde kan den høje stivhed i PLA-CF forårsage printfejl, men PETG-CF har ikke denne risiko. Med hensyn til printoplevelse kan det være lidt bedre end PLA-CF. PETG-CF har også bedre vandbestandighed, UV-bestandighed og vejrbestandighed, og det kan give bedre udendørs holdbarhed, da det er mindre tilbøjeligt til nedbrydning og ældning, når det udsættes for udendørs elementer.
For at opsummere, Bambu PETG-CF har højere sejhed, bindingsstyrke mellem lagene og varmebestandighed end PLA-CF, som er velegnet til udendørs brug, blank kulfiberstruktur og er let at printe. Hvis dine print kræver bedre sejhed og bindingsstyrke mellem lagene, kan du overveje Bambu PETG-CF. Hvis du har brug for højere stivhed, kan du vælge Bambu PLA-CF.
Når folk tænker på kulfibermaterialer, ser de som regel sorte ud. Til kulfibermaterialer på indgangsniveau som PLA-CF og PETG-CF har vi forberedt flere farver, hvilket gør deres brugsscenarier mere forskelligartede.
Vores forpligtelse
Det meste viden om 3D-printfilamenter af kulfiber er blevet dækket i ovenstående afsnit. Vi vil fortsætte med at tilføje mere indhold og flere scenarier i fremtiden. For mere detaljerede parametre henvises til Filament-guide og specifikke TDS- og MSDS-dokumenter for hver enkelt. Vi håber, at dette kan gøre det lettere for dig at vælge de passende filamenter i henhold til dine anvendelsesscenarier.
Følg med, da vi vil have flere kulfibermaterialer og andre fiberforstærkede materialer til at opfylde forskellige krav. Vi håber at kunne opbygge en mere komplet 3D-printoplevelse med kulfibermaterialer gennem vores indsats i printere, slicing-softwareog materialer, wiki guidesog meget mere. Det kan være med til at sænke barren, så flere kan opleve 3D-print med kulfiber, og vi håber, at Bambu-filamenter bliver dit førstevalg.
Hvis du har feedback eller kommentarer til denne blog, er du velkommen til at kontakte os på marketing@bambulab.com.
Ugens kulfiberprint
Da vores kulfiberfilamenter er på lynudsalgvil vi gerne vide, hvad du har printet med disse filamenter.
Del dine Bambu kulfiberprint på et af vores sociale medier, herunder Facebook-gruppe, Reddit, Twitter, eller Instagram. Bare sørg for at inkludere #BLSpotlight #PrintOfTheWeek i dine indlæg.
Vi udvælger i alt 6 vindere af ugens print med en belønning på et gavekort på 50 USD til filament til hver. Tilmeldinger til begivenheden vil blive accepteret fra torsdag den 18. maj 2023 til onsdag den 31. maj 2023. Vinderne offentliggøres hver uge den 22. maj og 29. maj.
