Главное о пластиках с карбоном для 3D‑печати

Что это такое?

Речь идет о композитах, представляющих собой сочетание стандартных пластиков для FDM-печати (PLA, ABS, PETG, Nylon, PEEK и других) с начинкой из углеродного волокна (carbon fiber, CF). Такие материалы обладают cвойствами как базового полимера, так и углеродного наполнителя.

Чем так хороши этим материалы?

- Повышенная жесткость и прочность. Карбоновые волокна значительно улучшают механические свойства пластика, делая его гораздо более устойчивым к нагрузкам.

- Легкость. Карбон снижает вес изделий, что делает их отличным выбором для деталей, где важна прочность при минимальном весе.

- Стабильность размеров. Углеродные волокна снижают склонность пластика к усадке и короблению. Это важно для деталей, требующих точных размеров и жестких допусков.

- Термоустойчивость. Некоторые пластики с карбоном, такие как PEEK + CF, могут выдерживать температуры свыше 250 °C, сохраняя прочность.

- Устойчивость к истиранию, агрессивным химическим веществам, маслам и топливам.

- Сниженная потребность в постобработке, т.к. благодаря углеволокнам поверхность сразу получается более гладкой.

- Хорошо подходят для широкоформатной печати. Прочность и размерная стабильность гарантируют отличные результаты даже для крупных деталей.

Особенности печати

1. Карбоновые волокна делают материал более жестким и очень абразивным, поэтому для печати требуются особо прочные сопла, например из закаленной стали или с рубиновым наконечником.

2. Желательно использовать подогреваемую платформу, особенно для термоустойчивых пластиков. Подогрев улучшает адгезию слоев, что влияет на качество печати в целом.

3. Углеродные волокна снижают растяжимость расплава, что ухудшает печать мостов и нависающих частей. Рекомендуется использовать поддержки.

4. Мелкие карбоновые волокна склонны засорять сопло. Поэтому стоит использовать насадки от 0,5 мм и уменьшать скорость печати на 30–50% по сравнению с базовым полимером.

5. Данные композиты, особенно нейлон и PEEK, склонны впитывать влагу. Рекомендуется сушить их перед печатью.

Какие бывают пластики с карбоном?

Существует большое количество разных полимеров, армированных углеволокном. Ниже — некоторые из них.

PLA CF подходит для производства декоративных моделей, деталей со средней прочностью. Обладает низкой термостойкостью, что упрощает печать. Подходит для точной печати крупных деталей.

ABS CF обладает высокой ударопрочностью, умеренной термостойкостью (~100°C), повышенной стойкостью к УФ и погодным условиям. Подходит для наружных конструкций.

TPU CF сочетает гибкость TPU и повышенную жесткость за счет карбона. Используется для прочных и эластичных деталей.

PETG CF устойчив к химическим воздействиям и влаге. Менее хрупкий, чем PLA. Подходит для изделий, требующих высокой прочности, но не перегруженных экстремальными температурами или ударными нагрузками.

PEEK CF и PEI CF — суперпрочные и термостойкие материалы. Устойчивы к агрессивным средам. Используются в авиации, медицине, автомобилестроении, электронике.

Производители

Bestfilament, РФ

BFCarbon

Базовый материал — нейлон (PA6). Обладает низким коэффициентом трения, что полезно для подвижных механизмов и направляющих. Придает деталям запас гибкости.

REC, РФ

FormaX

Инженерный термопластик на основе ABS с добавлением углеволокна (15%).

GF MAX

Инженерный армированный термопластик, способный выдерживать большие нагрузки. В основе — PETG.

ULTRA X

В основе — нейлон (PA6). Массовое содержание углеродных волокон приблизительно равно 30%.

Filamentarno, РФ

TOTAL CF-5

Ударопрочный композит на основе TPU с термостойкостью до 130°С. Доля углеволокна — 30%. Подходит для печати крупных шестерен, прочных корпусов, механически нагруженных деталей.

AEROTEX

Вспенивающийся композит с термостойкостью до 120 С. Предназначен в первую очередь для печати элементов конструкции беспилотных летательных аппаратов.

eSUN, Китай

ePAHT-CF

Полиамид 6 (PA6) с добавлением 15% высокопрочного углеволокна. Детали из этого материала во многих случаях могут заменить металлические.

ePA-CF

Модифицированный углепластиком нейлон, где 20% составляет карбон. В сравнении с классическим нейлоном данный материал существенно более износостойкий, прочный и жесткий.

ePEEK PRO

Сверхпрочный термостойкий материал с начальной температурой деформации в 152 °С. Подходит для изготовления изделий с максимальными требовании по прочности и термостойкости.

Применение

Пластики, армированные углеродными волокнами, используются в 3D-печати для изготовления деталей, требующих высокой прочности, жесткости и термостойкости при относительно низком весе. Они применяются в различных отраслях, где важны механическая надежность, устойчивость к износу и стабильность размеров.

Авиация и аэрокосмическая отрасль: легкие, но прочные детали для беспилотников, спутников и самолетов.

Автомобилестроение: элементы кузова, гоночных деталей, кронштейнов и защитных корпусов.

Промышленное производство: высокопрочные компоненты механизмов, подшипниковых корпусов и инструментов, направляющие, оснастка, крепежные элементы, устойчивые к истиранию элементы подвижных механизмов.

Медицина: протезы, ортезы, хирургические инструменты, имплантаты из биосовместимых композитов (например, PEEK CF).

Электроника: корпуса дронов, ноутбуков, телефонов и радиоуправляемых моделей.

Спортивное и туристическое оборудование: элементы велосипедов и самокатов, защитные элементы, детали для альпинистского снаряжения.

Какие 3D-принтеры работают с такими пластиками?

Базовые комплектующие машин, способных работать с CF-пластиками:

• высокотемпературные прочные сопла, например из закаленной стали;

• нагреваемая платформа;

• закрытая камера с подогревом;

• прочная рама из алюминия или стали, а также линейные направляющие и шариковые винты для точности позиционирования;

• система жидкостного или активного воздушного охлаждения.

Модели 3D-принтеров

Total Z AnyForm S1000-LPRO

Промышленный 3D-принтер российского производства с огромной камерой построения: 1200×100×1000 мм. Двойной переключающийся экструдер с температурой до 350°C. Термостатированная камера на 300°C. Серводвигатели для точного построения изделий.

BigRep PRO

Принтер обеспечивает оптимальную среду для печати инженерными материалами благодаря боксам с микроклиматом — контролируемой температурой и влажностью. Подогреваемая камера для широкоформатной печати: 1200×100×1000 мм.

Creatbot PEEK-300

Обладает встроенной первой в мире системой прямого отжига (DAS) – инновационной технологией, применяемой для 3D-печати высокопроизводительными материалами. Двойной экструдер с температурой нагрева сопла до 500 °C.

F2 Pro

Промышленная система 3D-печати, оснащенная камерой объемом 1000х600х1000 мм. Такой размер позволяет печать большие промышленные проекты или целые серии изделий. Шкаф для предварительной сушки пластика позволяет достигать максимальной стабильности печати.