PA6-CF25
Anglies pluoštu sustiprinta PA6 medžiaga
PA6-CF25 – tai aukštos klasės, itin standi ir mechaniškai tvirta 3D spausdinimo medžiaga, sukurta funkcinėms, pramoninėms detalėms, kurios turi išlikti nepakitusios esant didelėms apkrovoms, aukštai temperatūrai ir ilgalaikiam mechaniniam stresui. Tai idealus pasirinkimas inžinerinėms konstrukcijoms, laikikliams, jungtims, korpusams ir kitoms dalims, kuriose būtina formos, matmenų ir standumo išlaikymo kombinacija.
Tai pažangus, aukštai temperatūrai atsparus nailono kompozitas, papildytas net 25 % anglies pluošto dalelėmis. Ši medžiaga sukurta tam, kad atitiktų profesionalių inžinerinių komponentų reikalavimus: itin didelį tvirtumą, atsparumą karščiui, standumą ir matmenų stabilumą. Kaip ir kitų kompozitinių medžiagų gamybai taikoma pažangi dviejų sluoksnių technologija.
Vakuumo sistemos adapteris ir astrofotografijos optinio perjungiklio laikiklis. 3D spausdinimo technologija: 3D FDM | Medžiaga: PA6-CF25 | Matmenys: 260 x 110 x 180 mm | 100 x 70 x 70 mm. (©WRYEDGE nuotrauka)
PA6-CF25 medžiagos gamybos procesas
PA6-CF25 – tai kompozitinių savybių turinti 3D spausdinimo medžiaga, gaminama taikant dvigubo ekstruzijos (angl. co-extrusion arba double-core extrusion) principą, kuomet medžiagos (filamento) viduje formuojama dviejų skirtingų sluoksnių struktūra.
I etapas: anglies pluošto paruošimas
Gamyba prasideda nuo iš anksto smulkinto anglies pluošto, kurio ilgis paprastai svyruoja tarp 100–300 µm, o skersmuo – apie 7–9 µm. Toks pluošto dydis yra optimalus FDM 3D spausdinimui su PA6 medžiagos pagrindu – pakankamai trumpas, kad nepakenktų srauto vientisumui, bet pakankamai ilgas, kad užtikrintų mechaninę stiprinimo funkciją.
II etapas: PA6 ir anglies pluošto maišymas
Anglies pluošto dalelės maišomos su PA6 medžiagos granulėmis specialiu dviejų sraigtų ekstruderiu, naudojant procesą, vadinamą plastiko kompaundavimu. Šio proceso metu pasiekiamas vienodas 25 % anglies pluošto paskirstymas PA6 matricoje. Be to, dažnai šio proceso metu, papildomai naudojami dispersiniai agentai ir kiti rišikliai, kurie pagerina anglies pluošto dalelių sukibimą su PA6 medžiagos struktūra, taip padidinant galutinės medžiagos vientisumą.
II etapas: dviguba ekstruzija
Gautas homogenizuotas mišinys paduodamas į dvigubos ekstruzijos (koekstruzijos) sistemą, kurioje naudojami du atskiri srautai: vienas – grynas PA6, skirtas išoriniam sluoksniui (angl. skin), kitas – PA6 su anglies pluoštu vidiniam sluoksniui (angl. core). Tokiu būdu formuojama dviejų sluoksnių medžiaga (filamentas), kurio išorė yra švaresnė ir lengviau spausdinama, o vidus – tvirtesnis. Galutinis skersmuo kalibruojamas (1.75 mm arba 2.85 mm), o temperatūros svyruoja apie iki 300 °C priklausomai nuo konkrečios PA6 formulės ir anglies pluošto koncentracijos. Atvėsinta medžiagos gija vyniojama ant jau visiems gerai pažįstamos ritės.
Orientuotos anglies pluošto dalelės PA6-CF25 medžiagos (filamento) viduje. (©WRYEDGE nuotrauka)
Šioje makro nuotraukoje puikiai matomas PA6-CF25 (PA6 su 25 % anglies pluošto) medžiagos skerspjūvis su kompozitinės medžiagos struktūra ir išsidėstymu. Itin aiškiai matomi smulkios, orientuotai pasiskirsčiusios anglies pluošto dalelės – tai pagrindinis šios medžiagos armuojantis komponentas. Akivaizdu, kad nuotraukoje matomos anglies pluošto dalelės yra gerai integruotos į PA6 matricos struktūrą – tai rodo tinkamą mišinio homogenizavimą medžiagos gamybos metu.
Svarbus faktorius – anglies pluošto dalelių orientacija spausdinimo metu. Dėl kompaundavimo proceso (kai anglies pluoštas maišomas su PA6) etapo, anglies pluošto dalelės dažniausiai orientuojasi ekstruzijos kryptimi.
3D spausdinimas su PA6-CF25 medžiaga
PA6-CF25 yra inžinerinio lygio medžiaga, todėl spausdinimas su ja reikalauja šiek tiek daugiau patirties ir tinkamai parinktų 3D spausdintuvo parametrų. Dėl sudėtyje esančių anglies pluošto dalelių medžiaga tampa standesnė ir atsparesnė šilumos poveikiui, tačiau, ši medžiaga turi abrazyvinių dalelių, todėl gali pakenkti spausdintuvų komponentams (pvz., antgaliui).
| Parametras | Vertė / Pastabos |
|---|---|
| Ekstruderio (angl. nozzle) temperatūra | 300–340 °C |
| Darbo stalo temperatūra | 70–90 °C |
| Ekstruderio dydis | medžiaga | 0.4–1.0 mm | įrankinis plienas, HRC 60-65 |
| Darbo stalo pagrindo tipas | PEI ir PVP klijų sluoksnis |
| 3D spausdinimo greitis | 30–90 mm/s (optimalus: 50 mm/s) |
| 3D modelio užpildymo (ang. infill) tankis | Pasirinktinai | 90 % (testuose) |
| Užpildymo kampas | ±45° (priklausomai nuo situacijos) |
| Raft atskyrimo atstumas | 0.10–0.15 mm |
| Atitraukimo (angl. retraction) atstumas | 1–3 mm |
| Atitraukimo greitis | 1800–3600 mm/min |
| Medžiagos džiovinimas prieš spausdinimą | Rekomenduojama 80–100 °C, 4–6 val. |
| Post produkcija | Pagaminto modelios atkaitinimas 100 °C, 4–8 val. |
| Palaikymo medžiaga (ang. support) | HIPS | Modifikuotas HIPS (rekomenduojama) |
PA6-CF25 sluoksnių mikrostruktūra
PA6-CF25 medžiagos paviršius – įprasta sluoksniuota struktūra, susidaranti 3D FDM spausdinimo proceso metu. Kiekvienas sluoksnis aiškiai išryškėja dėl šiek tiek šiurkštesnės anglies pluoštu sustiprintos kompozito tekstūros.
Padidintame nuotraukos fragmente, galima stebėti sluoksnių mikrobangavimus – tai tipinis sluoksniavimo efektas, atsirandantis dėl spausdinimo galvutės krypties pasikeitimų arba nedidelių ekstruderio vibracijų. Ši tekstūra yra vizualus sluoksnių tarpusavio sukibimo indikatorius. Kuo mažesni tarpai tarp sluoksnių ir tolygesnis jų susiliejimas, tuo didesnis mechaninis vientisumas.
PA6-CF25 medžiagos (filamento) sluoksnių išsidėstymas. (©WRYEDGE nuotrauka)
PA6-CF25 higroskopiškumas
PA6-CF25 kaip ir visi PA6 pagrindu pagaminti poliamidai, yra stipriai higroskopinė medžiaga. Tai reiškia, kad ji aktyviai absorbuoja drėgmę iš aplinkos, net ir esant santykinai žemam oro drėgnumui. Ši savybė kyla iš PA6 molekulinės struktūros – aminogrupės (–NH₂) ir karbonilinės grupės (–C=O) gali sudaryti vandenilinius ryšius su vandens molekulėmis. Bendri PA6-CF drėgmės įgerties parametrai:
✅Sausas būvis (džiovintas 80 °C, 4–6 val.): drėgmės kiekis ≤ 0.2 %
✅Pusiausvyros būvis (50 % RH, 23 °C): ~2.0–2.5 %
✅Sąlytis su vandeniu (prisotinimas): iki 8–9 % masės
PA6-CF25 medžiagos drėgmės įgerties grafikas. (©WRYEDGE nuotrauka)
Poveikis mechaninėms savybėms: kietumas ir tvirtumas sumažėja – dėl plastifikuojančio vandens poveikio polimerų grandinėms, tačiau smūgių atsparumas padidėja, nes medžiaga tampa elastingesnė.
Poveikis matmenų stabilumui: drėgmės įgėrimas lemia matmenų pokyčius – dėl to komponentai gali išbrinkti ar deformuotis. Be to, itin svarbu atsižvelgti į galimą šiluminį plėtimąsi kartu su higroskopine deformacija.
Poveikis 3D spausdinimo kokybei: dėl didelio higroskopiškumo, prieš spausdinimą būtina džiovinti – kitaip drėgmė virs garais ekstruzijos metu, sukeldama burbuliukus bei blogą sukibimą tarp sluoksnių.
Rekomendacijos naudojant PA6-CF25:
✅Medžiagos džiovinimas prieš spausdinimą: 60–70 °C temperatūroje bent 4–6 val., idealiai – sausintuve su oro srautu arba vakuumu.
✅Sandėliavimas: hermetiškai uždarytose talpose su drėgmės surinkėjais (pvz., silikageliu).
✅Matmenų kontrolė: rekomenduojamas jau pagamintų detalių kondicionavimas prieš galutinį surinkimą ar matavimą.
| Laikotarpis | Aplinka | Kas vyksta? |
|---|---|---|
| Per parą (12–24 val.) | Aukšta oro drėgmė (~80–90 % RH) | Paviršinis drėgmės sugeriamumas – nedidelis, bet gali paveikti spausdinimo kokybę, jei detalė bus vėl kaitinama (pvz., post-processing metu) |
| Per 3–6 savaites | Įprasta buitinė ar dirbtuvinė aplinka (~50 % RH) | Vidutinio gylio įgertis – matmenys pradeda keistis, gali būti matomas išbrinkimas iki 0.5–1.0 % |
| Per 3–6 mėnesius | Laikant be hermetizacijos | Pasiekiama pilna pusiausvyros drėgmės būsena (~2.0–2.5 % masės) – medžiaga tampa žymiai elastingesnė, kietumas mažėja |
| Po kelių metų ir daugiau | Nuolat drėgna aplinka | Ilgalaikis poveikis – nuolatinis matmenų poslinkis, galimas standumo praradimas iki 20 %, ypač jei detalė periodiškai patiria temperatūros svyravimus ar apkrovas |
PA6-CF25 apsauga nuo drėgmės
Jau atspausdintos PA6 detalės taip pat sugeria drėgmę – ypač jei nėra padengtos ar hermetizuotos. Laikui bėgant, dėl vandens absorbcijos jos gali:
✅išbrinkti (matmenų pokyčiai, net iki ~1–2 %),
✅suminkštėti – ypač esant dideliam santykiniam oro drėgnumui,
✅prarasti mechaninį tvirtumą (ypač standumą),
✅pakeisti elektrines savybes, jei naudojamos kaip izoliatoriai.
Laboratoriniai tyrimai rodo, kad net ir stiklo ar anglies pluoštu sustiprintas PA6 sugeria drėgmę, tik lėčiau nei gryna PA6 medžiaga. Tačiau, ilguoju laikotarpiu poveikis yra neišvengiamas.
| Metodas | Privalumai | Komentaras |
|---|---|---|
| Cheminė hermetizacija (lakai, dervos, epoksidai) | Itin geras barjeras, tinka ilgam naudojimui | Dažnai naudojama pramonėje; gali šiek tiek paveikti matmenis |
| Dažymas su gruntavimu | Estetiška + apsauga | Reikia naudoti hermetizuojantį gruntą |
| Sandėliavimas hermetiškoje aplinkoje | Paprasta ir efektyvu | Reikalingos sausos patalpos arba dėžės su silikageliu |
| Terminis apdorojimas (angl. annealing) | Pagerina matmenų stabilumą ir sumažina higroskopiškumą | Gali būti sudėtinga, nes tam reikalinga papildoma įranga su tiksliu temperatūros valdymu |
| Polimeriniai „overmoldai“ (pvz., TPU padengimas) | Apsauga + papildoma funkcija | Naudinga kai reikalingas neslystantis arba izoliuojantis paviršius |
PA6-CF25 temperatūrinis atsparumas
PA6-CF25 – tai didelio našumo kompozitinė medžiaga, pasižyminti išskirtiniu temperatūriniu atsparumu dėl 25 % anglies pluošto užpildo bei pažangios dvisluoksnės koekstruzijos (angl. co-extrusion) struktūros. Jos terminės savybės įvertinamos pagal ISO 75 standarto A ir B metodus, kurie nustato šiluminės deformacijos temperatūrą (angl. HDT – Heat Deflection Temperature).
Pagal ISO 75, metodą A (apkrova 0.45 MPa), PA6-CF25 deformuojasi:
✅Be papildomo atkaitinimo: prie 83 °C,
✅Po termiškai stabilizuojančio atkaitinimo (100 °C, 8 val.): net prie 196.9 °C,
✅Po atkaitinimo ir prisisotinimo drėgme: temperatūrinis atsparumas išlieka itin aukštas – 190.2 °C.
Pagal ISO 75, metodą B (apkrova 1.80 MPa), reikšmės yra šiek tiek žemesnės:
✅Prieš atkaitinimą: 96.1 °C,
✅Po atkaitinimo: 124.2 °C,
✅Po atkaitinimo ir drėgmės prisotinimo: 100.7 °C.
Šie rezultatai rodo, kad PA6-CF25 turi puikų temperatūrinį stabilumą, ypač jei atliekamas atkaitinimas (angl. annealing). Tai daroma laikant detalę 80–100 °C temperatūroje 4–8 valandas, o po to leidžiant natūraliai atvėsti kambario temperatūroje. Dėl šio proceso padidėja tiek mechaninis stiprumas, tiek atsparumas šiluminiam apkrovimui.
Toks atsparumas karščiui, ypač po terminių procedūrų, leidžia PA6-CF25 naudoti itin reikliuose inžineriniuose sprendimuose, kur detalių forma ir matmenys turi išlikti stabilūs net ir prie padidėjusių temperatūrų, pvz., automobilių, aviacijos ar pramoninių įrenginių srityse.
Koks 3D spausdintuvas tinkamas?
PA6-CF25 techninės klasės medžiaga, todėl ją gali tinkamai spausdinti tik specialiai paruoštas ir tam pritaikytas 3D spausdintuvas. Svarbu, kad spausdintuvas atitiktų kelis pagrindinius reikalavimus:
- ✅ Uždaras korpusas – padeda išlaikyti pastovią temperatūrą ir sumažina deformacijos (angl. warping) riziką.
- ✅ Šildomas darbo stalas – būtinas, kad pirmas sluoksnis gerai prikibtų. Rekomenduojama temperatūra – ~100 °C.
- ✅ Grūdinto plieno antgalis – dėl anglies pluošto abrazyvumo, standartiniai (žalvariniai) antgaliai greitai susidėvi.
- ✅ Ekstruderio (ang. nozzle) temperatūros palaikymas ≥ 320 °C – tai būtina, nes PA6-CF25 reikalauja aukštesnės ekstruzijos temperatūros.
- ✅ Aušinimo valdymas – dažniausiai spausdinama be aušinimo arba su minimalia ventiliacija (0–20 %).
PA6-CF25 panaudojimo sritys
Anglies pluoštu sustiprinta PA6 medžiaga, dažniausiai skirta inžinerinėms užduotims. Ši medžiaga puikiai tinka tada, kai reikia pakankamai didelio tvirtumo, matmenų stabilumo ir pakankamo atsparumo šilumai.
| Puikiai tinka | Nerekomenduojama |
|---|---|
| ✅ Techniniai laikikliai, tvirtinimo sistemos | ❌ Estetiniai, glotnaus paviršiaus modeliai |
| ✅ Detalės, veikiančios iki ~120 °C temperatūroje (be papildomo atkaitinimo) | ❌ Smulkūs ar itin detalūs objektai |
| ✅ Inžinerinės paskirties komponentai su apkrova | ❌ Elastingi ar lankstūs elementai |
| ✅ Dronų, robotikos ar automatikos konstrukciniai elementai | ❌ Kontaktui su maistu ar medicinos įranga |
| ✅ Abrazyvinėms ir mechaninę apkrovą patiriančioms dalims | ❌ Laisvai veikiantiems ar dekoratyviniams spaudiniams (subjektyvu) |
Ši, moderni kompozitinė medžiaga, sujungia PA6 savybių patvarumą su anglies pluošto standumu. Dėl savo mechaninių savybių, stabilumo ir šiek tiek didesnio atsparumo šilumai, ši medžiaga tinkama funkcinėms, didesnę apkrovą laikančioms detalėms bei prototipams.
Nors ji netinka estetinėms ar itin smulkioms dalims, tačiau ten, kur reikia daug didesnio tvirtumo, mažesnio svorio, pakankamai gero tikslumo ir patikimumo – PA6-CF25 yra puikus pasirinkimas.
Trumpi paaiškinimai su nuorodomis: double-core extrusion, PA material, carbon fiber material, plastic compounding.
PA6-CF25 specifikacija
Ruošiama…