Czas czytania: 3 min.
Filamenty węglowe wykorzystują drobne włókna i można znaleźć je jako warianty PLA, PETG, nylon, ABS czy poliwęglanowe. Włókna te są niezwykle wytrzymałe i powodują wzrost wytrzymałości i sztywności filamentu. Zebraliśmy w naszym artykule wskazówki z myślą o zmniejszeniu ryzyka wystąpienia typowych problemów związanych z drukowaniem 3D przy użyciu filamentów z dodatkiem włókna węglowego.
Artykuł powstał we współpracy z autorem zewnętrznym i jest publikowany gościnnie poza naszym standardowym procesem redakcyjnym. Traktuj go jako materiał uzupełniający.
Czym są filamenty z CF, czyli PLA, PA, PETG z dodatkiem włókien
Filamenty z dodatkiem włókien węglowych są oznaczane często jako CF – Carbon Fiber. To materiały kompozytowe powstałe przez połączenie bazowego tworzywa termoplastycznego, takiego jak PLA, PETG czy PA (nylon) z drobno pociętymi włóknami węglowymi. Włókna te nie tylko usztywniają filament, ale także znacząco poprawiają jego właściwości mechaniczne. To przede wszystkim zwiększona sztywność, odporność na zginanie oraz stabilność wymiarowa gotowych wydruków. Stosuje się je w zastosowaniach technicznych i inżynierskich, gdzie wymagana jest większa wytrzymałość bez konieczności stosowania metali. Warto jednak pamiętać, że obecność włókien węglowych wpływa na ścieralność dyszy i może wymagać użycia odpowiednio wzmocnionych komponentów drukarki. W druku 3D najczęściej stosuje się tzw. cięte włókna (chopped carbon fiber), czyli bardzo krótkie odcinki włókien, które są równomiernie rozproszone w matrycy tworzywa. Kiedy zaś stosowanie filamentów z włóknem węglowym to przesada? Jeśli drukujemy modele ozdobne, figurki, obudowy bez obciążenia lub prototypy do weryfikacji kształtu, wóczas standardowe PLA, PETG czy ABS w zupełności wystarczą. CF nie wnosi wtedy istotnych korzyści, ale podnosi koszty. Warto też pamiętać, że włókna węglowe zwiększają sztywność, ale często obniżają udarność materiału i że nie każda drukarka 3D sobie z nimi poradzi. Jeśli model ma cienkie ścianki i drobne szczegóły, to nietopiące się włókna węglowe będą sprzyjać zatykaniu dyszy.
Drukowanie 3D z włóknem węglowym
Filamenty wypełnione włóknem węglowym mają takie same wymagania jak filament bazowy, z którym są nasycone. I tak też przykładowe wymagania sprzętowe dotyczące filamentu PLA z włóknem węglowym to temperatura łoża 45–60 °C i jego opcjonalne podgrzewanie, brak wymogu obudowy, sugerowana PEI lub klej w sztyfcie, wymagana wytrzymała na zużycie dysza ze stali hartowanej i dobre chłodzenie. Filamenty wypełnione włóknem węglowym zazwyczaj zachowują podstawowe wymagania techniczne materiału bazowego, z którym zostały połączone. Oznacza to, że np. PLA z dodatkiem włókien węglowych będzie miał podobne parametry druku jak standardowe PLA, choć z pewnymi istotnymi różnicami. Przykładowe wymagania sprzętowe dla PLA-CF to temperatura stołu roboczego w zakresie 45–60 °C, gdzie podgrzewane łoże nie jest zawsze konieczne, ale zalecane, brak wymogu zamkniętej komory, możliwie dobra przyczepność do powierzchni drukującej z wykorzystaniem PEI czy kleju w sztyfcie, wydajne chłodzenie i konieczność zastosowania dyszy odpornej na ścieranie. Dysza ze stali hartowanej radzi sobie z silną abrazyjnością włókien, które szybko zużywają standardowe, mosiężne dysze. Konieczne może być ustawienie temperatury ekstrudera nawet o kilkadziesiąt stopni wyższej niż zwykle, co też pomaga zmniejszyć ryzyko zatkania. Zmniejszenie prędkości wentylatora zapobiega problemom termicznym związanym z dyszami stalowymi. Kolejna to sprawa to retrakcja. Dla niewtajemniczonych jest to funkcja eliminacji nitkowania poprzez cofanie (wycofywanie) filamentu, gdy głowica drukująca przesuwa się na nowe miejsce. Skoro zaś filament zawiera wiele małych włókien, które się nie topią i ryzyko zatkania dyszy jest znacznie większe niż w przypadku materiału bazowego, to zalecamy zmniejszenie odległości cofania lub całkowite wyłączenie, ponieważ może zwiększyć ryzyko gromadzenia się włókien wewnątrz zespołu ekstrudera. Mniejsze prędkości drukowania to ekstruder poddawany mniejszym obciążeniom, który będzie miał większe szanse na przepchnięcie niewielkich zatorów przez dyszę. Warto spróbować zmniejszyć prędkość drukowania nawet o 25–50%, aby sprawdzić, jaka wartość najlepiej sprawdza się w przypadku konkretnego modelu filamentu. Ostatnia kwestia to ścieżka filamentu. Dobrze, żeby od szpuli do dyszy składała się z wyłącznie łagodnych skrętów i obszarów bez przeciągania po powierzchni. Pomogą rurki z PTFE.
Drukuj, buduj i programuj z Botland
Wybieraj spośród drukarek 3D, filamentów i akcesoriów oraz produktów Arduino, Raspberry Pi, elektroniki i robotyki. Sprawdź pełną ofertę w największym sklepie dla fanów druku 3D w Polsce.
Zastosowania filamentów z włóknem węglowym. PLA, PETG, PA, ABS i PC
PLA z włóknem węglowym PLA-CF to najłatwiejszy w obsłudze wariant CF. Sprawdzi się w drukowaniu lekkich, sztywnych komponentów, które nie będą narażone na wysokie temperatury. Mieszczą się tu elementy obudowy, uchwyty, ramy, części estetyczne i sztywne prototypy. Niska temperatura pracy i mały skurcz sprawiają, że PLA-CF można drukować na większości drukarek desktopowych. PETG z włóknem węglowym PETG-CF to uniwersalny materiał o dobrym kompromisie między wytrzymałością a łatwością druku. Nadaje się do drukowania elementów technicznych, które muszą być sztywne, odporne na wilgoć i promieniowanie UV, ale nie będą narażone na ekstremalne obciążenia. PETG-CF można drukować na większości drukarek z podgrzewanym stołem i otwartą komorą. Wytrzymały i odporny mechanicznie nylon z włóknem węglowym PA-CF wytrzyma duże siły, zużycie i podwyższone temperatury. Zalecamy tu koła zębate, uchwyty narzędzi i złącza techniczne. Wymaga dobrze przygotowanego stanowiska, najlepiej zamkniętej komory i suszenia filamentu. ABS z włóknem węglowym (ABS-CF) charakteryzuje odporność na temperaturę, wysoka sztywność i stabilność. Nadaje się do druku części pracujących w trudnych warunkach motoryzacji, dronach, elektronice i urządzeniach warsztatowych. Wreszcie poliwęglan z włóknem węglowym (PC-CF) to najbardziej zaawansowany i wytrzymały materiał z tej grupy. PC-CF stosuje się do druku części maszyn, elementów konstrukcyjnych, adapterów i komponentów pracujących w wymagającym środowisku. Wymaga wysokotemperaturowego ekstrudera nawet powyżej 280 °C, zamkniętej komory i stabilnych warunków pracy.
