بررسی و راهنمای پرینت سه بعدی فیلامنت فیبر کربن (Carbon Fiber)

زمانی که نیاز به خواص مکانیکی عالی، وزن سبک و دوام در قطعات یا محصولات خود دارید، فیبر کربن انتخابی عالی برای دستیابی به این هدف است. نسبت بالای استحکام به وزن آن، این ماده را به انتخاب اصلی در کاربردهای مهندسی با عملکرد بالا، ابزارهای کارگاهی، جیک‌ها و فیکسچرهای کارخانه، پروتوتایپ‌های بدنه خودرو و بسیاری موارد دیگر تبدیل کرده است.

از دهه 1960 به بعد، فیبر کربن در پرینت سه‌بعدی به عنوان ماده‌ای که به قطعات پلاستیکی استحکام مشابه فلز و مقاومت در برابر حرارت، مواد شیمیایی و خوردگی می‌بخشد، به تازگی محبوبیت پیدا کرده است.

فیبر کربن در پرینت سه‌بعدی چیست؟

پرینت سه‌بعدی فیبر کربن یک اصطلاح کلی برای پرینت سه‌بعدی با استفاده از مواد فیبر کربن خرد شده یا پیوسته جاسازی شده در پودر پلیمر یا فیلامنت پلیمر است. ماده "پایه" که فیبر کربن در آن تزریق شده می‌تواند نایلون (PA 11، PA12)، PEEK یا طیف وسیعی از پلیمرهای دیگر باشد و مقدار فیبر کربن در ماده متفاوت است. زیرا ماده فیبر کربن با پلیمر است، اغلب این نوع پرینت سه‌بعدی را "پرینت سه‌بعدی کامپوزیت" می‌نامند.

دو فناوری اصلی پرینت سه‌بعدی با فیبر کربن عبارتند از:

• مدل‌سازی فیوژن ذوبی (FDM)
• تف جوشی لیزری انتخابی (SLS)
•  

• 

در دیجی ساز بخوانید:  تفاوت پرینت سه بعدی رزینی با FDM

پرینت سه‌بعدی فیبر کربن FDM

پرینت سه‌بعدی FDM با فیبر کربن، دسترس‌پذیرترین و متنوع‌ترین روش برای ساخت قطعات فیبر کربن است. تفاوت‌هایی بین پرینترها و انواع مواد وجود دارد که می‌تواند تفاوت قابل توجهی در محصول نهایی شما ایجاد کند.

فیلامنت فیبر کربن می‌تواند در طیف وسیعی از پرینترها‌ی سه‌بعدی FDM استفاده شود، مشروط بر اینکه از نازل فولادی سخت استفاده کنید، اما مواد ممکن است متفاوت باشند. فیلامنت‌هایی که حاوی ذرات فیبر کربن هستند به همان روش کار می‌کنند: گرمای از اکسترودر، فیلامنت را قابل انعطاف می‌کند و همچنین فیبرهای کربن جاسازی شده را در جهت پرینت هم‌تراز می‌کند، که این به پرینت نهایی استحکام و سختی می‌دهد.

پرینت سه‌بعدی پیوسته فیبر کربن روش دوم پرینت فیبر کربن، فیبر کربن پیوسته (CCF) است که از نازل‌های دوگانه استفاده می‌کند. یک اکسترودر یک لایه از فیبر کربن پیوسته را می‌گذارد، در حالی که دیگری یک لایه از ماده دیگر را می‌گذارد. با هم، فیبر کربن غیرمنقطع را در پلیمر پایه جاسازی می‌کنند. این روش قطعاتی را ایجاد می‌کند که قوی‌تر از استفاده از فیبرهای خرد شده هستند و توزیع بار یکنواخت‌تری را فراهم می‌کند. این روش همچنین برای قطعاتی که نیاز به فیبر کربن در سراسر ندارند اما نیاز به تقویت در مناطق خاصی دارند ایده‌آل است.

پرینت سه‌بعدی فیبر کربن SLS

 پرینت سه‌بعدی SLS از لیزرهای با قدرت بالا برای ذوب مواد پلاستیکی پودری به شکل‌های سه‌بعدی یک لایه در یک زمان استفاده می‌کند. این می‌تواند قطعاتی ایجاد کند که همزمان دارای جزئیات دقیق، قوی، با دوام و مقاوم به حرارت باشند. نایلون فیبر کربن (CF-PA) یکی از محبوب‌ترین مواد برای پرینت سه‌بعدی SLS است و SLS اغلب برای سطح صاف‌تری که ایجاد می‌کند و قابلیت ایجاد اشکال پیچیده‌تر انتخاب می‌شود.

نایلون پرشده با فیبر کربن به شدت ناهمسانگرد است، به این معنی که خواص مواد بسته به جهت قطعه در هنگام پرینت متفاوت خواهد بود، زیرا فیبرهای کوچک با نحوه پخش پودر در سطح ساخت هم‌تراز می‌شوند. به عنوان مثال، استحکام کششی در این جهت بسیار بیشتر خواهد بود تا در دو جهت دیگر، بنابراین جهت قطعه مهم است و نرم‌افزار آماده‌سازی ساخت شما باید به شما هشدار دهد.

مزایای برتر پرینت سه‌بعدی فیبر کربن

پرینت با مواد تقویت شده با فیبر کربن نسبت به مواد استاندارد مانند PLA، ABS، نایلون یا PETG زمانی انتخاب می‌شود که خواص فیزیکی برتر مورد نیاز باشد. این می‌تواند برای قطعات نهایی استفاده شود، اما همچنین برای تجهیزات و ابزارهای تولید و نمونه‌های عملکردی استفاده شود.

در دیجی‌ساز بخوانید: بررسی انواع متریال نایلون Nylon (PA) در پرینت سه بعدی

فیبر کربن باعث افزایش استحکام و کاهش وزن می‌شود، که آن را به یک کامپوزیت ایده‌آل برای بسیاری از صنایع مانند خودروسازی، هوافضا و کالاهای ورزشی تبدیل می‌کند. البته ویژگی‌های خاص فرآیند مانند خطوط لایه یا دقت ابعادی هنوز عمدتاً توسط نوع ماشین استفاده شده دیکته می‌شود.

بهترین پرینترهای سه‌بعدی فیبر کربن

هنگام انتخاب پرینتر سه‌بعدی فیبر کربن، موارد زیادی باید در نظر گرفت که به طور کلی به نسخه‌های دسکتاپ حرفه‌ای و نسخه‌های صنعتی قابل استفاده در کف کارگاه تقسیم می‌شوند.

هنگام خرید، به این جنبه‌ها توجه کنید:

• هزینه پرینتر و هزینه مواد
• اندازه و حجم پرینت (آیا نیاز به قطعات بزرگ یا تعداد زیادی قطعه دارید؟)
• سطح جزئیات (آیا نیاز به کانال‌های دقیق یا اشکال کلی‌تر دارید؟)
• سرعت پرینت (آیا نیاز به قطعات در یک ساعت یا دو روز دارید؟)
• گزینه‌های مواد (آیا فقط به نایلون CF یا طیف گسترده‌ای از گزینه‌ها نیاز دارید؟)

• تأیید و ردیابی قطعه (آیا نیاز به سابقه لایه به لایه ساخت دارید؟)

   

نیازهای خاص بازار (خودروسازی، هوافضا، تولید) اگر با پرینت سه‌بعدی فیبر کربن برای ابزارهای کارگاهی کوچک تا متوسط، فیکسچرها و نمونه‌های مقاوم شروع می‌کنید، مدل‌های دسکتاپ زیادی وجود دارد. هشدار که، اگرچه طیف گسترده‌ای از پرینتر‌های سه‌بعدی FDM مصرف‌کننده با مواد فیبر کربن می‌توانند پرینت کنند، مانند CF-PLA، اطمینان حاصل کنید که انتخاب ماشین شما قابلیت اطمینان بالا را ارائه می‌دهد، زیرا مواد فیبر کربن گران هستند و قابل بازیافت نیستند.

بهترین مواد فیبر کربن

چندین سازنده مواد و پرینترهای سه‌بعدی در سال 2023 مواد جدیدی با فیبر کربن معرفی کردند، از جمله UltiMaker. کیت توسعه جدید این شرکت با فیبر کربن PET در دسترس است که برای اولین بار، پرینتر‌های سری S UltiMaker را به ماشین‌های آماده برای فیبر کربن تبدیل می‌کند.

مواد فیلامنت فیبر کربن

هنگام خرید فیلامنت فیبر کربن، به پلیمر که فیبرهای کربن در آن تزریق شده‌اند (PLA، PEEK، PETG و غیره) و مقدار (٪ وزنی) فیبرهای کربن در فیلامنت توجه کنید.

فیبرهای کربن در فیلامنت PLA شما، قطعات شما را کمی قوی‌تر از PLA خالص می‌کند، اما قطعا با فلز قابل مقایسه نخواهد بود. فیبر کربن در مواد از قبل قوی مانند نایلون یا PEEK واقعاً معادله را تغییر می‌دهد.

هرچه درصد فیبر کربن در فیلامنت بیشتر باشد، به طور تقریبی، تقویت بهتر است. مقدار رایج‌ترین 20٪ فیبر کربن است.

مواد پودری پلیمر فیبر کربن

اگرچه به تمام جزئیات پودرهای پلیمر فیبر کربن اینجا نمی‌پردازیم، اما بدانید که چگونه فیبرها با پودر پلیمر مخلوط شده‌اند تفاوت ایجاد می‌کند.

به عنوان مثال، تولیدکنندگان سیستم‌های SLS رومیزی Formlabs و Sinterit هر دو یک نایلون پرشده با فیبر کربن برای پرینترهای خود دارند. مواد SLS برای انتخاب دقیق‌تر پرینت می‌شوند و امکان پرداخت بهتر و دقت ابعادی بهتر را فراهم می‌کنند. آنها همچنین می‌توانند تقریباً به 100٪ بازیافت شوند، بنابراین هر ذره از مواد استفاده شده است.

کاربردهای پرینت سه‌بعدی فیبر کربن

در اینجا برخی از رایج‌ترین کاربردهای پرینت سه‌بعدی فیبر کربن آورده شده است:

قطعات کاربردی

کاربردهای مکانیکی که قطعات آنها تحت بار سنگین یا محیط‌های کاری سخت هستند.

ابزارهای کارگاهی و تولیدی

قطعات برای ساختن و پردازش سایر محصولات.

کاربردهای ورزشی و تفریحی

کالاهای ورزشی که نیاز به استحکام و سبک وزنی دارند.

نمونه‌های عملکردی

قطعاتی که نیاز به تست کارکردی دارند تا طراحی بهینه شود.

تجهیزات پزشکی و دندان‌پزشکی

ابزارها و تجهیزات که نیاز به دقت بالا دارند.

هوافضا و خودروسازی

قطعات که در محیط‌های دشوار مانند هوافضا و خودروها استفاده می‌شوند.