Uhlíkové filamenty

Uhlíkový filament: zloženie a reálne využitie

Uhlíkový filament nie je surový plast: je to matrica (PLA, PETG, PA alebo PC) plnená sekanými uhlíkovými vláknami, 10 až 20 % hmotnosti podľa značiek ako Fillamentum alebo Polymaker. Toto plnenie zvyšuje tuhosť v ohybe o 20 až 40 % v porovnaní s čistým polymérom a dáva matný antracitovo sivý povrch bez lesku štandardného plastu. Naše cievky sú od 500 g do 8 kg, v priemere 1,75 mm a 2,85 mm. Tieto vlákna sú abrazívne: vyžadujú presné vybavenie, popísané nižšie, ešte pred spustením prvej tlače.

Prečo sa štandardná dýza opotrebuje po pár cievkach

Mosadzná dýza stráca svoj kalibrovaný priemer po 1 až 2 kg vytlačeného uhlíkového filamentu: vlákna škriabu vnútorný kanál ako jemný brúsny papier a výstupný priemer sa postupne zväčšuje. Výsledok je najprv viditeľný na tenkých vrstvách, s prietokom, ktorý sa odchyľuje, a menej presnou extrúziou na detailoch.

Dýza z kalenej ocele alebo karbidu volfrámu

Dýza z kalenej ocele (typu Bondtech CHT alebo ekvivalent) zvládne 50 až 100 kg abrazívneho filamentu bez výrazného opotrebovania. Karbid volfrámu ide ešte ďalej, užitočný pre dielňu, ktorá spracúva plnené cievky 3d filament ASA alebo uhlíkový filament nepretržite. Tento typ spotrebného materiálu nájdete v sekcii Príslušenstvo.

Odporúčaný priamy extrudér (direct drive)

Priamy extrudér obmedzuje trenie a riziko grindingu na tuhom a krehkom filamente. Bowden zostáva použiteľný pri priemere 1,75 mm za predpokladu, že sa rýchlosť retrakcie zníži o 30 až 40 % v porovnaní s bežným PLA, inak hrozí upchatie v PTFE hadičke.

PLA-CF, PETG-CF, PA-CF, PC-CF: ktorú základňu zvoliť

Voľba matrice úplne mení správanie finálneho dielu, oveľa výraznejšie než percento vlákien uvedené na etikete.

• PLA-CF: tlač pri 200 – 220 °C, podložka 50 – 60 °C, bez potreby predchádzajúceho sušenia. Dobrý vstupný bod, ale krehký pri náraze.
• PETG-CF: 230 – 250 °C, lepšia odolnosť voči vlhkosti než bežný 3d filaments PLA, vhodný na exteriérové diely s miernym zaťažením.
• PA-CF (uhlíkový nylon): 260 – 280 °C, vyhrievaná podložka 90 – 110 °C, uzavretá komora takmer povinná. Vysoká tuhosť a odolnosť voči únave, pre mechanické diely.
• PC-CF: nad 280 °C, vyhradené pre tlačiarne vybavené celokovovým hotendom a teplotne regulovanou komorou, podobne ako pri technickom 3d filaments ABS.

Sušenie: premenná, ktorá rozhoduje o kvalite tlače

PA-CF absorbuje vzdušnú vlhkosť už po pár hodinách vystavenia otvorenému vzduchu: nad 0,2 % vody extrúzia spôsobuje počuteľné praskanie a povrch bodkovaný mikrobublinkami. Sušenie v dry boxe pri 70 °C počas 8 až 12 hodín pred tlačou vyrieši tento problém takmer pri všetkých cievkach otvorených viac ako týždeň. PLA-CF a PETG-CF lepšie znášajú okolitý vzduch, no skladovanie v hermetickom boxe s vysušovadlom predĺži ich životnosť o niekoľko mesiacov. Pre menej technickú základňu bez prísnych nárokov na sušenie zostáva 3d filaments WOOD alternatívou pre texturovaný vzhľad bez zmeny vybavenia.

Časté otázky

PLA-CF alebo PETG-CF, čo zvoliť pre prvú uhlíkovú cievku?

PLA-CF sa tlačí bez potreby vysokej teploty podložky alebo predchádzajúceho sušenia, ideálny na otestovanie správania filamentu plneného vláknami. PETG-CF vyžaduje o 20 až 30 °C viac, ale lepšie odoláva miernym teplotným šokom, čo je kritérium, ktoré treba zvážiť podľa konečného použitia dielu.

Je potrebná tlačiareň s uzavretou komorou pre PA-CF alebo PC-CF?

Vo väčšine prípadov áno: tieto matrice sa pri chladnutí na voľnom vzduchu výrazne zmršťujú, čo spôsobuje odlepovanie od podložky pri dieloch nad 10 cm. Komora udržiavaná na 40 – 50 °C znižuje tento teplotný gradient a stabilizuje priľnavosť.

Akú dýzu kúpiť ku cievke uhlíkového filamentu?

Dýza z kalenej ocele 0,4 mm pokryje väčšinu použití až do 50 kg vytlačeného abrazívneho filamentu. Pre dielňu, ktorá spracuje niekoľko uhlíkových cievok mesačne, sa dýza z karbidu volfrámu vráti za menej ako rok.

Prečo je uhlíkový filament dva až trikrát drahší než bežný filament?

Cena sekaných uhlíkových vlákien a dodatočná kontrola kvality (rovnomerné percento plnenia, stabilný priemer) vysvetľujú tento rozdiel: PLA-CF sa pohybuje okolo 35 – 45 €/kg oproti 18 – 22 €/kg za štandardné PLA. Získaná tuhosť odôvodňuje tento príplatok pri mechanických dieloch, nie pri dekoratívnom predmete.

Je uhlíkový filament vhodný pre diely, ktoré sa ohýbajú alebo pohlcujú nárazy?

Nie: plnenie vláknami zvyšuje tuhosť, ale znižuje predĺženie pri pretrhnutí, takže diel sa skôr zlomí, než by sa ohol. Pre pružný diel alebo diel vystavený opakovaným nárazom zostáva štandardný PETG alebo TPU vhodnejšou voľbou než uhlíková séria.