Co rozumiemy przez drukowanie z włókna węglowego?
Precyzyjnie rzec ujmując, jest to druk 3D przy użyciu materiału z domieszką ciętego włókna węglowego. Rzadziej pod hasłem „druk 3D z włókna węglowego” pojawiają się usługi druku z ciągłego włókna węglowego. Proces ten polega na połączeniu ekstruzji ciągłego włókna z drukiem z polimerów. Włókno najczęściej układane jest jako rdzeń i otoczone innym tworzywem. Jest to mniej popularna i znacznie bardziej kosztowna metoda. Co więcej, niesie za sobą często konieczność modyfikacji kształtu detali. Materiały z domieszką włókna węglowego występują najczęściej w technologii FDM (Fused Filament Deposition). Spotykamy je również w technologii SLS (laserowy spiek prochu, najczęściej poliamidowego).
Co daje dodatek włókna węglowego?
Wbrew powszechnym stereotypom, nie zwiększa ono wytrzymałości jako takiej. Zazwyczaj przez wytrzymałość rozumiemy wytrzymałość na rozciąganie — czyli siłę, jaką trzeba przyłożyć, żeby rozerwać detal w odniesieniu do jego przekroju. Cięte włókno węglowe zwiększą przede wszystkim sztywność. W wielu przypadkach podnosi również nieznacznie temperaturę ugięcia pod obciążeniem (tzw. HDT, Heat Deflection Temperature). Trzeba również wspomnieć, że detale wykonane z materiałów kompozytowych najczęściej cechują się dość wysoką abrazyjnością — czyli ścieralnością. Może być to bardzo istotne, planując na przykład zastosowanie koła zębatego z dodatkiem włókna węglowego. Szczególnie pracującego w parze z kołem z miękkiego metalu lub tworzywa. Nie sposób też zapomnieć o najważniejszej zalecie. Główną wadą wydruków 3D jest mało estetyczny wygląd zewnętrzny, ze względu na widoczne warstwy. Dodatek ciętego włókna węglowego znacznie eliminuje ten problem. Wydruki są chropowate, jednorodne i cechują się głębokim matowym wyglądem powierzchni. Według opinii naszych Klientów wyglądają dużo lepiej niż detale z tworzyw bez dodatków ciętych włókien.
Do jakich materiałów najczęściej dodawane jest włókno węglowe?
Najczęściej spotykanym materiałem kompozytowym jest Poliamid (Nylon) CF. W tym przypadku „CF” jest oczywiście skrótem od Carbon Fiber (włókno węglowe). Materiał ten cechuje się bardzo wysoką odpornością temperaturową oraz wytrzymałością na rozciąganie. Jest jednak dość miękki. Dodatek ciętych włókien węglowych niweluje tę wadę. Co więcej, jak już wspomniano, materiał ten ma ponadprzeciętną wytrzymałość termiczną. W zależności od rodzaju poliamidu mówimy tutaj o odpornościach temperaturowych od 140 do 205 stopni Celsjusza. Należy jednak pamiętać, że poliamidy z reguły są bardzo higroskopijnymi materiałami — cechują się wysoką absorpcją wilgoci. Przekłada się to przede wszystkim na znaczące obniżenie sztywności w stanie nasycenia wodą.
Jakie temperatury wytrzymują wydruki z włóknem węglowym?
Według naszych wewnętrznych testów najniższą odporność temperaturową wykazują kopoliestry. Mowa oczywiście o polimerach syntetycznych. Materiały PCTG oraz PET-G z domieszką włókna węglowego. Miękną one już w temperaturach ok. 80 stopni Celsjusza. Oczywiście są to wyższe temperatury niż w przypadku tych samych materiałów bez dodatków. Kolejną grupą są poliamidy. Zarówno nylon PA6 z domieszkami, jak i PA12 cechują się temperaturami pracy z przedziału 120-155 stopni. Najwyższe temperatury odkształcenia (z tworzyw które wykorzystujemy w procesie druku) wykazało tworzywo PPS — Polisulfid fenylenu. Druk z PPS wykorzystywany jest zazwyczaj w przypadkach, w których wymagana jest temperatura pracy ponad 200 stopni Celsjusza. Więcej na temat materiałów mogą Państwo przeczytać na naszej dedykowanej stronie — lista materiałów do druku.
Inne zalety wydruków z tworzyw zbrojonych włóknem węglowym
Oprócz wyżej wymienionych zalet nie można pominąć zmniejszonego skurczu przetwórczego. Z tego względu detale wykonane z dodatkiem włókna mają niższe ryzyko powstania odkształceń oraz deformacji podczas procesu chłodzenia po wydruku. Ta cecha przekłada się również na wyższą dokładność wymiarową. Nie należy jednak zapomnieć, że wszelkie tolerancje w technikach przyrostowych są raczej zgrubne. Tak czy inaczej, są to w większości materiały, które powinny być drukowane z użyciem aktywnie grzanej komory roboczej. Zbyt szybkie chłodzenie może powodować znaczne pogorszenie wytrzymałości w kierunku prostopadłym do nakładanych warstw. W celu potwierdzenia tej tezy wykonaliśmy szereg wewnętrznych testów. Przetwarzaliśmy materiał PA-CF (oparty na bazie poliamidu PA12). Wyżej wspomniany poliamid z włóknem węglowym przetwarzany na maszynie z kontrolowaną temperaturą komory cechował się nawet o 60% wyższą spajalnością warstw.
