PC-CF15

Anglies pluoštu sustiprinta PC medžiaga

PC-CF15 – tai inžinerinės klasės 3D spausdinimo medžiaga, sukurta polikarbonato (PC) pagrindu ir papildyta 15 % smulkių anglies pluošto (CF) dalelių. Ši kompozitinė struktūra pasižymi itin dideliu atsparumu mechaninėms apkrovoms, išskirtiniu šiluminiu stabilumu, matmenų tikslumu. PC-CF15 yra skirta pažangiems inžineriniams sprendimams, kai reikalingas atsparumas aukštai temperatūrai, vibracijai ir mechaninėms apkrovoms. Dėl šių puikių savybių PC-CF15 idealiai tinka funkcinėms detalėms, kurios dirba sudėtingoje aplinkoje: aviacijos, transporto, robotikos, automatikos bei kosmoso srityse.

Tai pažangus, aukštai temperatūrai atsparus polikarbonato kompozitas, papildytas 15  % 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.

UAV sparno pjūvis. 3D spausdinimo technologija: 3D FDM | Medžiaga: PC-CF15 | Matmenys: 360 x 260 x 40 mm. (©WRYEDGE nuotrauka)

PC-CF15 medžiagos gamybos procesas

PC-CF15 – tai kompozitinių savybių turinti 3D spausdinimo medžiaga (kaip ir ABS-CF20, PA6-GF15, PA6-CF25 medžiagos), 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 PC medžiagos pagrindu – pakankamai trumpas, kad nepakenktų srauto vientisumui, bet pakankamai ilgas, kad užtikrintų mechaninę stiprinimo funkciją.

II etapas: PC ir anglies pluošto maišymas

Anglies pluošto dalelės maišomos su PC medžiagos granulėmis specialiu dviejų sraigtų ekstruderiu, naudojant procesą, vadinamą plastiko kompaundavimu. Šio proceso metu pasiekiamas vienodas 15 % anglies pluošto paskirstymas PC matricoje. Be to, dažnai šio proceso metu, papildomai naudojami dispersiniai agentai ir kiti rišikliai, kurie pagerina anglies pluošto dalelių sukibimą su PC 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 PC, skirtas išoriniam sluoksniui (angl. skin), kitas – PC 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 PC formulės ir anglies pluošto koncentracijos. Atvėsinta medžiagos gija vyniojama ant jau visiems gerai pažįstamos ritės.

Orientuotos anglies pluošto dalelės PC-CF15 medžiagos (filamento) viduje. (©WRYEDGE nuotrauka)

Šioje makro nuotraukoje puikiai matomas PC-CF15 (PCs u 15 % 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 PC 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 PC) etapo, anglies pluošto dalelės dažniausiai orientuojasi ekstruzijos kryptimi.

3D spausdinimas su PC-CF15 medžiaga

PC-CF15 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	280 - 310° C
Darbo stalo temperatūra	110 - 130° 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 (gali būti 0.0 mm jei naudojami 2 ekstruderiai)
Atitraukimo (angl. retraction) atstumas	1–3 mm
Atitraukimo greitis	1800–3600 mm/min
Medžiagos džiovinimas prieš spausdinimą	Rekomenduojama 100 - 120° C, 4–6 val.
Post produkcija	Pagaminto modelio šlifavimas \| dažymas \| terminis apdorojimas
Palaikymo medžiaga (ang. support)	HIPS \| Modifikuotas HIPS (rekomenduojama)

PC-CF15 sluoksnių mikrostruktūra

PC-CF15 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 (kaip ir kituose mūsų bandymuose su medžiagomis) – 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.

PC-CF15 medžiagos (filamento) sluoksnių išsidėstymas. (©WRYEDGE nuotrauka)

PC-CF15 higroskopiškumas

Polikarbonatas yra vidutiniškai higroskopiška medžiaga – tai reiškia, kad jis sugeria drėgmę iš aplinkos, nors ir ne taip aktyviai kaip nailonas. Anglies pluoštas nežymiai padidina PC gebėjimą sugerti drėgmę, tačiau net ir nedidelis drėgmės kiekis gali lemti spausdinimo defektus, tokius kaip paviršiaus burbuliukai, silpnesnis sluoksnių sukibimas.

PC-CF15 medžiagos drėgmės įgerties grafikas. (©WRYEDGE nuotrauka)

Drėgmės poveikis PA-CF15 medžiagai

Mechaninėms savybėms: kietumas ir tvirtumas sumažėja – dėl plastifikuojančio vandens poveikio polimerų grandinėms, tačiau smūgių atsparumas padidėja, nes medžiaga tampa elastingesnė.

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.

3D spausdinimo kokybei: dėl vidutinio medžiagos higroskopiškumo, prieš spausdinimą rekomenduojama džiovinti – kitaip drėgmė virs garais ekstruzijos metu, sukeldama burbuliukus bei blogą sukibimą tarp sluoksnių.

Rekomendacijos naudojant PC-CF15:

✅Medžiagos džiovinimas prieš spausdinimą: 100–120° 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 1.4 %
Per 3–6 mėnesius	Laikant be hermetizacijos	Pasiekiama pilna pusiausvyros drėgmės būsena (~1.6–1.9 % masės) – medžiaga tampa pastebimai elastingesnė, kietumas mažėja
Po kelių metų ir daugiau	Nuolat drėgna aplinka	Ilgalaikis poveikis – nuolatinis matmenų poslinkis, galimas standumo praradimas iki 10 %, ypač jei detalė periodiškai patiria temperatūros svyravimus ar apkrovas

PC-CF15 apsauga nuo drėgmės

Jau pagamintos PC-CF15 medžiagos detalės taip pat nežymiai sugeria drėgmę – ypač jei nėra padengtos jokia danga ar kitaip apsaugotos nuo drėgmės. Laikui bėgant, dėl vandens absorbcijos jos gali:

✅Išbrinkti (matmenų pokyčiai, net iki ~ 0.8 %).
✅Suminkštėti – ypač esant dideliam santykiniam oro drėgnumui.
✅Prarasti mechaninį tvirtumą (ypač standumą).
✅Pakeisti elektrines savybes, jei naudojamos kaip izoliatoriai.

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

PC-CF15 temperatūrinis atsparumas

PC-CF15 pasižymi puikiomis šiluminėmis savybėmis – tai viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl ši medžiaga naudojama funkciniuose, apkrovą patiriančiuose komponentuose, veikiamuose padidintos temperatūros.

Rodiklis	Vertė / Aprašymas
Šiluminė deformacijos temperatūra (HDT B)	~135–140° C (esant 0.45 MPa apkrovai)
Šiluminė deformacijos temperatūra (HDT A)	~145–150° C (esant 1.8 MPa apkrovai)
Maksimali ilgalaikė darbinė temperatūra	~130–135° C
Maksimali trumpalaikė temperatūros apkrova	Iki 150–160° C

PC-CF15 dėl anglies pluošto dalelių išlaiko savo formą net esant ilgalaikiam 130° C karščiui, o trumpai – atlaiko net 160° C temperatūrą be matmenų deformacijos. Tai leidžia naudoti šią medžiagą:

✅ Elektronikoje (šalia varžų, šilumos skleidėjų).
✅ Automatikos ar variklio mazgų laikikliams.
✅ Mechaniniams komponentams, veikiamiems trinties.
✅ UAV/aviacijos komponentams, kuriems būdingas šiluminis cikliškumas.

Spausdinimo proceso metu taip pat svarbu palaikyti stabilią šiluminę aplinką – dėl to uždara kamera su ~60 ° C vidine temperatūra – būtina.

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:

✅ Uždara šildoma kamera (≥ 60° C) – sumažina deformacijos riziką ir pagerina tarpsluoksninį sukibimą.
✅ Ekstruderis su grūdinto plieno antgaliu – dėl anglies pluošto abrazyvumo.
✅ Įkaitinama platforma (≥ 110° C) – būtina pirmajam sluoksniui ir adhezijai.
✅ Galimybė džiovinti filamentą – integruota arba išorinė džiovinimo kamera.
✅ Tvirta konstrukcija – dėl aukštesnių darbinės temperatūros apkrovų.

PC-CF15 panaudojimo sritys

PC-CF15 yra viena pažangiausių FDM 3D spausdinimo medžiagų, skirtų komponentams, kurie turi atlaikyti dideles mechanines apkrovas, temperatūros pokyčius ir vibraciją. Dėl mažo šiluminio plėtimosi, didelio standumo ir gero matmenų stabilumo ši medžiaga itin tinkama ne tik prototipams, bet ir galutiniams gaminiams, dirbantiems sudėtingoje aplinkoje.

Sritys / Taikymas	Aprašymas
Aviacija ir UAV / dronai	Tvirti, lengvi korpusai, laikikliai, struktūriniai rėmai
Automatika ir mechanika	Pavaruotės komponentai, jungiamosios detalės, tvirtinimo laikikliai
Elektros ir elektronikos inžinerija	Komponentų tvirtinimo elementai, korpusai, apsauginės dalys
Robotika ir mechatronika	Apkrovą patiriantys laikikliai, šarnyrai, jungtys
Automobilių pramonė	Vidaus montavimo laikikliai, prietaisų panelių komponentai
Sporto įranga ir techninis dizainas	Struktūrinės dalys, kurios turi būti tvirtos ir lengvos
Technologinės formos ar šablonai	Laikini įrankiai, kurie atlaiko apkrovą bei šilumą (iki 160° C)

PC-CF15 yra viena pažangiausių kompozitinių 3D FDM spausdinimo technologijos medžiagų, sukurta inžinerinėms reikmėms, kur būtinas aukštas tvirtumas, temperatūrinis stabilumas ir matmenų tikslumas. Polikarbonato ir 15 % anglies pluošto kombinacija užtikrina puikų standumo ir svorio santykį, mažą šiluminį plėtimąsi bei puikią sluoksnių adheziją. Tai medžiaga profesionalams, kurie dirba su funkciniais, apkrovas patiriančiais komponentais, reikalaujančiais patikimumo tiek mechanine, tiek termine prasme.

Trumpi paaiškinimai su nuorodomis: double-core extrusion, PC material, carbon fiber material, plastic compounding.

PC-CF15 specifikacija

Ruošiama…

Kitos medžiagos

Darbų galerija

Meniu

Kontaktai

Informacija

9:00 – 18:00 val. darbo dienomis
Savaitgaliais – Dažniausiai dirbame

Turite klausimų, o gal reikalinga konsultacija apie 3D spausdinimo technologijas ir gamybą?