Kohlefaserverstärkter 3D-Druck
Es ist noch gar nicht so lange her, da hieß es: Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CarbonFaserKunststoff) ist der Werkstoff der Zukunft.
Offensichtlich sind wir nun in dieser Zukunft angekommen. Denn tatsächlich finden wir immer mehr Teile aus Carbonfasern vor allem in Autos, Flugzeugen und Schienenfahrzeugen. Obwohl die Fasern nur schwer und teuer herzustellen und nicht einfach zu recyclen sind.
Lies hier im Blog-Artikel, warum es sich dennoch lohnt, kohlefaserverstärktes Material für die Fertigung zu verwenden und mit welchem 3D-Drucker und Materialien die Verarbeitung nutzenbringend für dein Business funktioniert.
Einfach gemacht: Der Raise3D E2CF Drucker und das Raise3D OFP
Echt stark, kohlefaserverstärktes Filament senkt den Energieverbrauch und somit die Umweltbelastung drastisch
Kohlefaserverstärktes Filament hat eine geringe Dichte, deshalb ist es bis zu 80% leichter als Stahl bei einer bis zu fünf-mal höheren Festigkeit bei gleichem Gewicht. Das heißt: 1 kg CFK kann 5 kg Stahl ersetzen.
Die Festigkeiten übertreffen die der meisten Metalle und anderer Faserverbundwerkstoffe. Die Dehnung von CFK ist vollelastisch, die Ermüdungsbeständigkeit und Vibrationsdämpfung sind hervorragend.
Dieses beträchtliche Stärke-Gewicht-Verhältnis macht die Carbonfasern zu einem signifikant wichtigen Werkstoff für die E-Mobilität, moderne Verbrennerfahrzeuge, Flugzeuge, Schienenfahrzeuge und viele weitere Branchen mehr.
Warum?
Die größere Reichweite bei viel weniger Treibstoff- bzw. Energieverbrauch durch das bedeutend geringere Gewicht und die multiplen Verwendungsmöglichkeiten machen die Fertigung von kohlefaserverstärkten Teilen aus ökonomischer wie ökologischer Sicht auf Dauer rentabel.
Weitere Eigenschaften von kohlefaserverstärktem Material:
- Kohlefaserverstärkte Teile sind chemisch sehr inert, hoch widerstandsfähig gegenüber den meisten Säuren, Alkalien und Lösungsmitteln. Carbonfasern nehmen praktisch kein Wasser auf.
- Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist sehr niedrig, was den CFK-Teilen eine hohe Maßstabilität verleiht.
- Kohlefasern sind unbrennbar. Sie sind unter Sauerstoffabschluss bis 3000 °C stabil;
mit Sauerstoff erfolgt ab ca 400 °C eine Oxidation, die zu Festigkeitsverlusten führt.
Quelle: https://www.r-g.de/wiki/Kohlefasern_(Carbon)
Anwendungen von CFK Anwendungen zusammengefasst:
Kohlefaserverbundwerkstoffe werden in so vielen wie unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Darunter Funktionsprototypen, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Medizintechnik, Sportgeräte, Bauwesen und Elektronik. Darüber hinaus können sie für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für Vorrichtungen in mechanischen Werkstätten, Prothesen und maßgeschneiderte Fahrradrahmen.
Bild oben von links nach rechts:
- Medizin (Prothetik): hohe Festigkeit, geringes Gewicht, hitzebeständig
- Automotive (Ersatzteile): abriebbeständig, geringes Gewicht, rostbeständig
- Produktion (Filament Sockel): stark belastbar, sturzfest, speziell matte Oberflächenbehandlung
- Luftfahrt (Flanschwelle): abriebbeständig, korrosionsbeständig, elektrostatisch beständig
Mit dem Raise3D E2CF Drucker rentabel kohlefaserverstärkte Teile drucken
Welche(r) 3D-Drucker ist für den Druck von Carbonfasern geeignet?
Um gelegentlich einfache Bauteile mit CFK-Material zu drucken, macht's sogar ein handelsüber (Einsteiger) FFF 3D-Drucker – z. B. der Anycubic, Creality3D oder dergleichen mehr. Vorausgesetzt, solche Drucker wurden nachträglich mit einer gehärteten Stahldüse ausgestattet.
Auf Dauer und für den industriellen 3D-Druck ist das jedoch keine gute Lösung.
Um häufige Fehldrucke zu vermeiden, komplexere Bauteile zu fertigen und in erster Linie kosten- und zeitsparend CFK zu drucken, empfiehlt sich ein 3D-Druckder, der speziell für kohlefaserverstärkte Anwendungen konzipiert wurde.
Der Raise3D E2CF ist ein speziell für faserverstärkte Filamente entwickelter 3D-Drucker. Er basiert auf dem universellen Rasie3D E2, der als Entwicklungsplattform für zukünftige optimierte 3D-Drucker dient.
Was den Raise3D E2CF für den 3D-Druck von Kohlefasern so wichtig macht:
IDEX Technologie: Was ist IDEX?
Warum ist IDEX wichtig?
Doppelte Produktivität bei Halbierung der Kosten.
Der E2CF ist ein IDEX 3D-Drucker. IDEX steht für Independent Dual Extruders (unabhängige Doppelextruder). Das bedeutet, dass die Extruder während des Drucks unabhängig voneinander entlang derselben Achse arbeiten können, um erweiterte Funktionen auszuführen.
Mit IDEX kann ein Extruder unbeweglich und seitlich angeordnet bleiben, während der zweite Extruder das Modell druckt. Dadurch wird das Risiko minimiert, dass die Düse des unbeweglichen Extruders den Druckauftrag während des Dual- oder Einzelextrusionsdrucks beeinträchtigt.
Was sind der Spiegelungsmodus und der Vervielfältigungsmodus?
Warum sind diese Funktionen wichtig?
IDEX kann zwei spezielle Funktionen ausführen, den Spiegelungsmodus und den Vervielfältigungsmodus.
Der Spiegelungsmodus druckt ein Modell und eine Umkehrung desselben Modells zur gleichen Zeit. Das ist praktisch, denn es erspart die Erstellung einer zusätzlichen Designdatei für das inverse Modell und spart die zusätzliche Zeit, die normalerweise für den separaten Druck des inversen Modells aufgewendet wird.
Der Dupliziermodus ist ein synchronisierter Druck, d. h. er verwendet beide Extruder, um ein Modell und eine exakte Kopie dieses Modells gleichzeitig zu drucken. Damit kann die Produktionskapazität im gleichen Zeitrahmen verdoppelt werden.
Düsen mit hoher Beständigkeit
Die neuen Siliziumkarbiddüsen verfügen über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit, wodurch der Abrieb, dem das Kohlefaserverbundfilament die Düse beim Drucken aussetzt, wirksam verringert wird, was die Düse haltbarer macht.
Duales Direktantriebs-Extrusionssystem
Die Zahnräder bestehen aus hochfestem Stahl und wurden für eine bessere Verschleißfestigkeit wärmebehandelt.
Mit einem maßgeschneiderten Zahnprofil wird das Filament fest an seinem Platz gehalten, um sicherzustellen, dass es beim Extrudieren nicht verrutscht. Die Kraft des Systems wurde erhöht, um die Stabilität des Drucks zu gewährleisten.
Was sind weitere praktische Funktionen des E2CF? Und warum sind sie wichtig?
Eine praktische Funktion des E2CF sind die leicht austauschbaren Druckköpfe. Diese Druckköpfe sind leicht abnehmbar, so dass ein Druckkopf einfach gegen einen anderen ausgetauscht werden kann. Der Austausch von Druckköpfen kann aus verschiedenen Gründen notwendig sein, z. Bsp. um einen anderen Druckkopf mit einer anderen Düse zu verwenden.
Ersatz-Easy-Swap-Druckköpfe können leicht mit gehärteten Düsen und Düsen in verschiedenen Größen, wie 0,4, 0,6 und 0,8 Düsen, vorbereitet werden, um sie in wenigen Schritten auszutauschen und wieder zu drucken.
Hohe Qualität und Benutzerfreundlichkeit
Der E2CF verfügt über eine flexible Bauplatte, mit der 3D-gedruckte Teile leicht entfernt werden können, ohne dass das Teil beim Entfernen beschädigt wird. Es sind Eigenschaften wie die flexible Bauplatte, die den E2CF zu einem benutzerfreundlichen und industriellen 3D-Drucker für Einsteiger machen, die Erfahrungen im Bereich des professionellen 3D-Drucks sammeln möchten.
Auto Bett-Leveling
Beim Nivellieren des Druckbetts wird sichergestellt, dass die Druckplattform so eben wie möglich ist. Durch die automatische Nivellierung des Druckbetts wird der Abstand zwischen den Druckdüsen und dem Druckbett beibehalten, um eine einheitliche Druckfläche zu schaffen.
Dadurch wird die Haftung des Druckbetts verbessert und der Extruder kann sich selbst an die kleinsten Veränderungen der Oberflächenkontur anpassen, um eine bessere Druckqualität zu erzielen.
Kamera
Der Raise3D E2CF verwendet eine Kamera, um den gesamten 3D-Druckprozess eines jeden Druckauftrags zu überwachen. Diese Kamera ist mit der RaiseCloud verbunden und ermöglicht es dem Benutzer, jeden Druckauftrag aus der Ferne und von unterwegs aus zu verfolgen. Das ergibt maximale Sicherheit für deine additive Fertigung.
Perfekt für alle CFK-Anwendungen auf dem E2CF – Das Raise3D Open Filament Program (OFP)
"Das Open Filament Program (OFP 1.0 & 2.0) ist eine langfristige Zusammenarbeit zwischen Raise3D und Filamentherstellern, um leistungsfähige Filamente zu identifizieren und unseren Kunden eine große Auswahl an bewährten und von Raise3D validierten Materialien zur Verfügung zu stellen.
Mit dem OFP 2.0, streben wir die Zusammenarbeit mit den besten Filamentherstellern weltweit an, um Kompatibilität sowie hervorragende mechanische Eigenschaften und die Leistung der gedruckten Teile zu gewährleisten.
Wir konzentrieren uns auf die Eigenschaften und die Leistung der endgültigen gedruckten Teile. Die Raise3D-Ingenieure optimieren alle OFP 2.0-Filamentdruckvorlagen mit Richtlinien, die nicht nur auf der Validierung der Teileleistung basieren, sondern auch auf der Erfahrung und dem Input aus unseren Endanwendungsfällen, um die Lücke zwischen Materialien und Anwendungen zu schließen."
– Minde Jin (Phd), Direktor für Materialien und Anwendungen bei Raise3D
Das sagen am OFP teilnehmende Filamenthersteller:
- Dean Di, F&E-Ingenieur bei BASF 3D Printing Solutions:
"Das Open Filament Program (OFP 1.0 & 2.0) ist eine langfristige Zusammenarbeit zwischen Raise3D und Filamentherstellern, um leistungsfähige Filamente zu identifizieren und unseren Kunden eine große Auswahl an bewährten und von Raise3D validierten Materialien zur Verfügung zu stellen.
Mit dem OFP 2.0, streben wir die Zusammenarbeit mit den besten Filamentherstellern weltweit an, um Kompatibilität sowie hervorragende mechanische Eigenschaften und die Leistung der gedruckten Teile zu gewährleisten.
Wir konzentrieren uns auf die Eigenschaften und die Leistung der endgültigen gedruckten Teile. Die Raise3D-Ingenieure optimieren alle OFP 2.0-Filamentdruckvorlagen mit Richtlinien, die nicht nur auf der Validierung der Teileleistung basieren, sondern auch auf der Erfahrung und dem Input aus unseren Endanwendungsfällen, um die Lücke zwischen Materialien und Anwendungen zu schließen."
- Thiago Medeiros Araujo, PhD Global Product Manager bei der LEHVOSS Gruppe:
"Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit sind Schlüsselaspekte, die die Kombination der E2CF- und LUVOCOM 3F-Materialien mit den OFP-Profilen ermöglicht, und das macht sie für Industriekunden leicht anwendbar."
- Raymond Huang, Leiter des Produktmanagements bei Polymaker:
"Der Raise3D E2CF hat viele Vorteile. Zwei Punkte, die uns besonders beeindruckt haben, sind:
1. Die sehr gute Verschleißfestigkeit des Extrusionssystems, das kontinuierlich eine stabile Druckqualität liefern kann.
2. Das IDEX-System, das es uns ermöglicht, faserverstärkte Teile mit Stützmaterial einfach zu drucken. Diese Funktion erweitert die Palette der Formen und Geometrien, die jetzt gedruckt werden können."
- Pierre-Antoine Pluvinage, Geschäftsleiter bei Kimya:
"Das Raise3D E2CF-Ökosystem liefert eine Vielzahl von Informationen während jedes Schrittes des 3D-Druckprozesses. Der Drucker ist mit einer Düse ausgestattet, die speziell für unsere Filamente, Kimya ABS Kevlar (Aramidfasern) und Kimya ABS Carbonfaser, geeignet ist.
Wir glauben fest an die Zusammenarbeit zwischen großen 3D-Druckerherstellern wie Raise3D und Materialexperten. Diese Strategie führt zu den besten Ergebnissen, und das ist es, was Kimya anstrebt, wenn es um seine Materialien geht."
Hast du Fragen zum Raise3D E2CF, zum Raise3D OFP oder generell zum Thema faserverstärkter 3D-Druck?
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