Carbon Faser 3D-Druck:
Alles, was Sie wissen müssen

Carbonfaser-3D-Druck ist Ihr Schlüssel, wenn Sie hochfeste 3D-Druckteile herstellen wollen. Kunststoffe, die entweder mit geschnittenen oder durchgehenden Carbonfasern verstärkt sind, ermöglichen eine hohe Leistungsfähigkeit bei allen Vorteilen des 3D-Drucks.

Was sind diese Materialien, welche Vorteile bieten sie, wo werden sie am besten eingesetzt und wie können Sie mit ihnen arbeiten? Hier erfahren Sie alles, was Sie über den 3D-Druck mit Carbonfasern wissen müssen!

Warum Sie Carbonfaser-3D-Druck benötigen

Industrielle Produkte erfordern oft spezifische mechanische Eigenschaften und hohe Präzision. Glücklicherweise ermöglicht der 3D-Druck mit Carbonfaser-Filament die Widerstandsfähigkeit und Festigkeit traditioneller technischer Materialien auch mit der additiven Fertigung zu erzielen.

Durch die Verbindung der Eigenschaften eines hochfesten Materials mit den vielen Vorteilen der additiven Fertigung, bietet der 3D-Druck mit Carbonfaser-Filament eine außergewöhnliche Dimensionsstabilität für sehr stabile Bauteile. Gleichzeig verfügen sie über eine feine Oberflächenbeschaffenheit und hohe Temperaturbeständigkeit - ideal für funktionale, leistungsstarke Anwendungen.

Da der 3D-Druck immer tiefer in die Produktion für den Endverbrauch vordringt, wird die Möglichkeit, sowohl Bauteile als auch Werkzeuge aus Carbonfaser-Filamenten herzustellen, immer mehr nachgefragt.

Unabhängig davon, ob diese Materialien in Formen, Vorrichtungen und Werkzeugen oder in Hochleistungs-Rennwagen, Spezialausrüstungen für die Luft- und Raumfahrt oder professionellen Radsportausrüstungen verwendet werden, können Sie mit dem Carbonfaser-Filament die hochfesten Bauteile herstellen, die Sie benötigen. Als ein relativ neues Konzept hat der Carbonfaser-3D-Druck natürlich seine Vor- und Nachteile, die man gut verstehen muss, bevor man in eine Anwendung investiert.

Was ist carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK)

Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist, wie der Name schon sagt, ein mit Kohlefasern verstärkter Kunststoff. Diese Verbundwerkstoffe vereinen die Qualitäten und Leistungseigenschaften der Kohlefaser mit dem Polymermaterial. Das heißt, bei in Verbindung mit der Druckbarkeit und Benutzerfreundlichkeit eines Standard-Thermoplasten wie PLA, ABS oder PET, Ihr Bauteil durch den Zusatz von geschnittenen oder Endlos-Kohlefasern überlegene mechanische Eigenschaften erhält.

Was ist Carbon Fiber-Filament?

Carbonfaser-Filament ist einfach ein 3D-Drucker-Filament, das aus CFK hergestellt wird.

Das PET-CF Filament ist ein hervorragendes Beispiel für diese Art von Material. Hergestellt aus PET (Polyethylenterephthalat), das mit Kohlefaser verstärkt ist, bietet PET-CF Formbeständigkeit und eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme. Das Material kann mit einem 3D-Drucker verarbeiter werden, um außergewöhnlich starke, fest Bauteile mit einer feinen Oberflächenbeschaffenheit und einer Hitzebeständigkeit bis zu 100°C herzustellen.

FFF (Extrusionsbasierter) 3D-Druck verwendet geschnittene Kohlefasern. Diese kleinen, weniger als einen Millimeter langen, Fasern werden in einen Standard-Thermoplasten als Verstärkungsmaterial eingemischt. Endlosfaserstränge sind stärker und länger, erfordern jedoch einen aufwändigeren 3D-Druckprozess mit zwei Druckköpfen.

Kohlefaser-Filament

Die Vorteile des Carbonfaser-3D-Drucks

Die Vorteile des Kohlefaser-3D-Drucks liegen vor allem in den hohen technischen Eigenschaften. Diese umfassen:

HOHE FESTIGKEIT

Die vielleicht beliebteste Eigenschaft von Carbonfaser-Filamenten ist die hohe Festigkeit, die den Schlüssel zu ihrer Leistungsfähigkeit darstellt. Kohlefaser bietet ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, das hohe Leistung bei geringer Dichte ermöglicht.

NIEDRIGES GEWICHT

Hand in Hand mit seiner Stärke geht das geringe Gewicht. Dies ist ein Hauptvorteil des 3D-Drucks im Allgemeinen, und die Verwendung von Kohlefasermaterialien ermöglicht diese Gewichtsreduzierung ohne einen Verlust an Festigkeit.

HOHE HITZEBESTÄNDIGKEIT

Im Vergleich zu Standard-3D-Druckfilamenten wie PLA, ABS und PETG können Kohlefasern wesentlich höheren Temperaturen standhalten. Carbonfaser-Verbundmaterialien - unter Verwendung eines kohlefaserverstärkten Polymers - erhöhen die Hitzebeständigkeit der Kunststoff-Martix für eine bessere Leistung.

Stiffness

3D-gedruckte Carbonfaser-Bauteile behalten auch unter hoher Belastung ihre Form. Im Gegensatz zu anderen Materialien, die Festigkeit und Haltbarkeit gegen Härte eintauschen, gewährleistet die mit Kohlefaser mögliche Steifigkeit die strukturelle Integrität.

Nachteile des Carbon 3D-Drucks

Kein Material erfüllt alle möglichen Anforderungen gleichzeitig. Zu den Nachteilen von Carbonfaser-Filamenten gehören im Allgemeinen die Kosten, die spezielle Ausrüstung und die geringe Stoßfestigkeit sowie die Auswahl der richtigen Materialzusammensetzung.

KOSTEN

Als Material in Industriequalität ist Carbonfaser-Filament ein Premiumprodukt. Das heißt, es ist von Natur aus teurer in der Herstellung als Standard-3D-Druckmaterialien. Bei der Herstellung jeder Spule von Kohlefaser-Filamenten wird ein erheblicher technischer Aufwand betrieben, was sich in der Preisstruktur dieser Materialien widerspiegelt.

SPEZIALAUSRÜSTUNG

Der 3D-Druck mit Kohlefaser erfordert eine spezielle Hardware. Zum Beispiel müssen Düsen aus gehärtetem Stahl - wie z.B. beim BigRep STUDIO G2 - anstelle von Standarddüsen aus Messing oder Aluminium verwendet werden. Sie müssen den abrasiven Kohlefaserfäden standhalten, um nicht zu erodieren. Für die volle Schichthaftung ist außerdem eine hohe Drucktemperatur für den 3D-Druck von Carbonfasern erforderlich.

BRÜCHIGKEIT

Während Kohlefaser-Filamente eine hohe Festigkeit bieten, ist der Kompromiss eine relativ geringe Stoßfestigkeit. Anwendungen mit hoher Stoßkraft können dazu führen, dass das 3D-gedruckte Kohlefaserbauteil bricht.

MATERIAL-ZUSAMMENSETZUNG

Nicht alle Kohlefaser-Filamente sind gleich beschaffen. Es müssen umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt werden, um ein vollständiges Verständnis über die Unterschiede zwischen Filamenten mit geschnittener und Endloskohlefaser zu erreichen. Dies ist zwar nicht unbedingt ein Nachteil, der nur für diesen Materialtyp spezifisch ist. Aber die relativ kleine Auswahl an Optionen beim 3D-Druck mit Kohlefaser bedeutet, dass beim Einkauf des am besten geeigneten Materials mehr Sorgfalt geboten ist.

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Composite Form 3D-gedruckt aus Kohlefaser-Filament

Wo wird CFK eingesetzt?

Der CFK-3D-Druck wird am besten in Fertigungsumgebungen eingesetzt. Zu den Hauptverwendungszwecken dieser Materialien gehören die Herstellung von Gussformen, Vorrichtungen und Werkzeugen.

Verbundwerkstoff-Formen & Thermoformwerkzeuge

Das 3D-Drucken von Formen ist eine der überzeugendsten Anwendungen im Zusammenspiel von additiven und traditionellen Fertigungsmethoden. 3D-gedruckte Gussformen verbinden die Komplexität und Produktionsgeschwindigkeit der additiven Fertigung mit den Möglichkeiten der Serienproduktion mittels Gusswerkzeugen.

Für die Herstellung von Verbundwerkstoff-Formen und Werkzeugen für das Thermoformen, kann CFK seine Stärken ganz ausspielen.

Verbundwerkstoff-Formen sind häufigsten Werkzeugen, um große Chargen identischer Bauteile kostengünstig zu produzieren. Wie der Name schon sagt, werden Verbundwerkstoff-Formen aus Verbundwerkstoffen hergestellt, die in komplexen Formen ausgeführt werden können. Sie halten häufigem Gebrauch stand - und das zu deutlich geringeren Kosten als Formen aus Aluminium oder Stahl.

Thermoformwerkzeuge werden verwendet, um eine flache Thermoplast-Platte durch Wärme und Druck in die gewünschte Form zu bringen. Dabei wird die Kuststoff-Platte erhitzt, bevor sie an die Oberfläche der Negativform angepasst wird. Tiefziehwerkzeuge müssen vielen Wiederholungen unter hohen Temperaturen standhalten. Was besondere Anforderungen an die Werkstoffe stellt, die CFK-Materialien gut erfüllen können.

Vorrichtungen und Werkzeuge

Vorrichtungen und Werkzeuge werden oft als Ergänzung zu Fertigungsprozessen betrachtet. Spannvorrichtungen werden verwendet, um bestimmte Teile in den verschiedenen Phasen ihrer Herstellung an Ort und Stelle zu halten. Wie die Werkzeuge kommen sie überall in der Produktion zum Einsatz.

Diese wichtigen Werkzeuge sind oft am leistungsfähigsten, wenn sie an die jeweilige Anwendung angepasst sind. Außerdem werden sie durch ständigen Gebrauch abgenutzt werden. Deshalb werden Spannvorrichtungen und Werkzeuge immer häufiger am Einsatzort 3D-gedruckt. Sie können an ihre spezifischen Bedürfnisse angepasst und bei Bedarf reproduziert werden. So muss nicht ausgelagert oder auf eine Auffüllung der Lagerbestände gewartet werden.

3D-gedruckte Vorrichtungen und Werkzeuge sind leistungsfähiger und langlebiger, wenn sie aus Carbonfaser verstärkten Materialien wie HI-TEMP CF hergestellt werden.

Wie man Kohlefaserfilamente druckt

Der 3D-Druck von Kohlefaserfilamenten erfordert eine spezielle Produktionsumgebung. Da es sich hierbei um "exotische" Materialien in Industriequalität handelt, können sie nicht wie Standard-Filamente mit den gleichen Einstellungen verdruckt werden.

Anforderungen für die Verarbeitung von Kohlefaserfilamenten

Kohlefaserfilament ist abrasiver als viele andere Kunststoffmaterialien und hat spezifische Wärmeanforderungen. Zu den Voraussetzungen für den 3D-Druck mit Kohlefaserfilamenten gehören:

AGILE-STABLE-3D-Printing-Bigrep

BEHEIZTES DRUCKBETT

Hand in Hand mit einem geschlossenen 3D-Drucker-Gehäuse geht ein beheiztes Druckbett. Die erste Schicht des Drucks muss am Druckbett haften, um eine solide Grundlage für den gesamten Druckauftrag zu schaffen.

ABRASIVE-MATERIAL-COMPATIBLE-Bigrep-3d

GEHÄRTETE 3D-DRUCKER-DÜSE

Im Laufe der Zeit - die von einem bis zu einigen wenigen Druckaufträgen variieren kann - wird das Kohlefaserfilament aufgrund seiner Abrasivität eine Standard-3D-Druckdüse abnutzen. Eine Messingdüse beispielsweise wird sich beim Extrudieren dieser Materialien verformen und erodieren und letztendlich unbrauchbar werden. Gehärteter Stahl ist eine Voraussetzung dafür, dass ein 3D-Drucker CFK-Filament verarbeiten kann.

Natürlich müssen alle Konstrukteure, Ingenieure und Bediener, die an einem Carbon-Projekt arbeiten, gut geschult sein. Schulung und Weiterbildung müssen berücksichtigt werden, wenn es darum geht, Carbonfaser-Kunststoffe einzusetzen.

Drucker für Kohlefaserfilamente

Angesichts der umfangreichen Parameter, die für die Arbeit mit Kohlefaserfilamenten erforderlich sind, ist es hilfreich, mit einem 3D-Drucker zu arbeiten, der für die Verwendung von Materialien in Industriequalität entwickelt wurde.

Der BigRep STUDIO G2 3D-Drucker wurde speziell für die Zuverlässigkeit mit abrasiven und technisch hochwertigen Materialien entwickelt. Zu seinen Merkmalen gehören ein vollständig geschlossener Bauraum, ein BOFA-Luftfiltersystem und eine temperaturgesteuerte Filamentkammer. In Kombination mit einem schnell heizenden, großformatigen Druckbett werden mit fortschrittlichen Materialien hochqualitative Ergebnisse erzielt.

Zu den spezifischen Aspekten des STUDIO G2, die es besonders gut für die Arbeit mit Kohlefaserverstärkten Filamenten geeignet machen, gehören:

3D-DRUCK-DÜSEN AUS STAHL

Mit der Verwendung spezieller Stahldüsen für kohlefaserverstärkte Filamente und andere abrasive Materialien ist der STUDIO G2 unser vielseitigster 3D-Ducker. Der speziell konstruierte Extruder, der für das Drucken mit fortschrittlichen, technisch hochwertigen Filamenten bei hoher Geschwindigkeit ausgelegt ist, erreicht zuverlässige, hohe Durchflussraten. Er ermöglicht die schnelle Herstellung industrieller Werkzeuge mit einer Länge von bis zu einem Meter.

GESCHLOSSENES GEHÄUSE

Der vollständig geschlossene Bauraum bietet die perfekte Umgebung, um konsistente, hochwertige Druckergebnisse zu erzielen. Er ermöglicht den Benutzern einen sicheren und einfachen Zugang zum Druckbett und die Gelegenheit, den Druckprozess in einem geschlossenen Raum visuell zu überwachen. Sicherheitsvorkehrungen wie ein automatischer Stop beim Öffnen des Gehäuses gewährleisten einen reibungslosen und sicheren Druckprozess in jeder Umgebung.

SCHNELL AUFHEIZENDES DRUCKBETT

Die Vorbereitungszeit für alle Druckprojekte wird durch das schnell aufheizbare Druckbett des G2, das in nur 15 Minuten eine Temperatur von 80°C erreichen kann, verkürzt. Dadurch wird eine optimale Haftung für eine Vielzahl von hochwertigen Materialien erreicht. Gekoppelt mit einem induktiven Sensor, der eine halbautomatische Druckbettnivellierung ermöglicht, um eine optimale Kalibrierung und maximale Kontrolle zu gewährleisten, ist der STUDIO G2 für schnelle und zuverlässige Arbeit ausgelegt.

BEHEIZTE FILAMENTKAMMERN

Zwei beheizte Filamentkammern stellen sicher, dass Materialien in Industriequalität mit sensiblen Umweltanforderungen in einer durchgehend kontrollierten Umgebung trocken bleiben, um die beste Qualität zu gewährleisten. Sowohl die Kammern, als auch das Druckbett verfügen zudem über unabhängige Temperaturkontrollen, die über die Industriestandards hinausgehen und Ihnen maximale Kontrolle über Ihre 3D-Druckumgebung ermöglichen.

Schlussfolgerung

Sobald Sie sich für den 3D-Druck mit Kohlefaser entscheiden, bedeutet das, dass Sie die Parameter und die speziellen Ausrüstungen und Anforderungen besondere Beachtung schenken müssen. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, können Sie erstklassige, leichte, langlebige und funktionelle Bauteile produzieren, die einer Vielzahl industrieller Anwendungen standhalten können. Und das mit der ganzen Komplexität des Designs, die der 3D-Druck zu bieten hat.

PREMIUM-EFFIZIENZ FÜR ANWENDUNGEN IN DER INDUSTRIE

Der industrielle 3D-Drucker STUDIO G2 wurde speziell auf Zuverlässigkeit bei abrasiven und technischen Werkstoffen ausgelegt. Er ist ein langlebiger und kostengünstiger Partner für Ihre Innovationen, da er das gegenwärtig beste Verhältnis zwischen Bauvolumen und Auflösung bei 3D-Druckern bietet. Der STUDIO G2 mit seinem ansprechenden und platzsparenden Gehäuse eignet sich perfekt zur Produktion großformatiger Teile in jeder Arbeitsumgebung – vom Büro bis zur Werkstatt.

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