導(dǎo)讀:碳纖維(carbon fiber,簡稱CF),是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的質(zhì)量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,被廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)制造、汽車生產(chǎn)、高端醫(yī)療等領(lǐng)域。
目前,在3D打印中常用的碳纖維可分為短切碳纖維和連續(xù)碳纖維兩種。
短切碳纖維:含有碳纖維顆粒的線材,無論是尼龍?zhí)祭w維、PEEK碳纖維,還是與碳纖維結(jié)合的其他基礎(chǔ)聚合物,都是通過熔融沉積(FDM/FFF)的方式擠壓成型。擠出機產(chǎn)生的熱量使材料變得柔韌,并使嵌入的碳纖維在打印方向上對齊,從而使最終打印件具有強度和剛度。不同品牌的碳纖維線材所含的碳釬維百分比不一樣,但通常碳纖維含量在20%左右。
連續(xù)碳纖維:與使用微觀短切纖維來增強傳統(tǒng)的熱塑性塑料不同,連續(xù)碳纖維(CCF)使用雙擠出噴嘴,一個鋪設(shè)一層連續(xù)的碳纖維,而另一個鋪設(shè)一層基體材料。這種方法制造的零件比使用短切纖維更堅固,并提供更一致的負(fù)載分布。與此同時,另一個版本是復(fù)合纖維共擠(CFC)技術(shù),其中塑料材料和連續(xù)纖維在擠出機內(nèi)混合在一起。
與PLA等易于打印的材料相比,碳纖維增強材料需要更高的擠出溫度,通常在260°C或更高。同時,這種材料對噴嘴的要求也更為苛刻。由于碳纖維易于磨損打印機的黃銅噴嘴,并且更容易導(dǎo)致堵塞,因此通常建議使用硬質(zhì)鋼等材質(zhì)的噴嘴。為了防止堵塞,還建議使用直徑較大的噴嘴(0.5毫米或以上)。
接下來,讓我們一起看看2024年最值得推薦的8款桌面型碳纖維3D打印機有哪些,它們將按照價格從低到高進行排序。
Bambu Lab X1E
- 產(chǎn)品尺寸:389x389x457mm
- 構(gòu)建體積:256x256x256mm
- 使用技術(shù):FDM/FFF
- 噴頭最高溫度:320°C
- 平臺最高溫度:110°C
- 設(shè)備售價:16999元
2023年10月,拓竹推出了針對企業(yè)用戶和工程應(yīng)用設(shè)計的高速3D打印機:Bambu Lab X1E。這款新型3D打印機在功能上相比之前的X1-Carbon有了顯著的進步。新產(chǎn)品加強了網(wǎng)絡(luò)安全功能,支持WPA2-企業(yè)級安全協(xié)議和以太網(wǎng)有線連接。X1E還專門針對辦公環(huán)境進行了改進,配備了高效的空氣過濾系統(tǒng),并且有主動腔體加熱(可達60℃)和高溫噴嘴(可達320℃),能夠打印更廣泛的工程級材料,例如PPS、PPS-CF(碳纖維增強PPS)和PPA-CF(碳纖維增強PPA)。
Bambu Lab X1E搭載了AMS智能自動供料系統(tǒng),具備自動續(xù)料的能力,極大提高了打印效率。結(jié)合人工智能算法,通過激光雷達和攝像頭監(jiān)控打印過程,尤其是首層打印質(zhì)量和表面處理,能夠在檢測到潛在錯誤時自動暫停打印,有效避免打印失敗。此外,拓竹系列機器所具備的振動補償和擠出補償?shù)裙δ埽琗1E同樣支持。
Raise3D E2CF
- 產(chǎn)品尺寸:607x596x465mm
- 構(gòu)建體積:單噴頭330x240x240 mm;雙噴頭295x240x240mm
- 使用技術(shù):FDM/FFF
- 噴頭最高溫度:330°C
- 平臺最高溫度:110°C
- 設(shè)備售價:29999元
E2CF是由Raise3D復(fù)志科技針對碳纖維增強材料等復(fù)合材料專門研發(fā)的桌面型3D打印機。它具備穩(wěn)定的框架設(shè)計、較大的打印尺寸、獨立雙噴頭的IDEX系統(tǒng)、柔性打印床、HEPA空氣過濾系統(tǒng)和內(nèi)置攝像頭等特點,是一款用戶友好型專業(yè)3D打印機。除了支持PA12 CF等原廠材料外,同時兼容巴斯夫、雷孚斯、捷普等多種以尼龍?zhí)祭w維、PETG為基材的短纖維復(fù)合增強材料。
為了應(yīng)對碳纖維材料在打印過程中可能遇到的堵頭和噴嘴磨損問題,E2CF配備了更耐用的碳化硅(SiC)噴嘴。其專門設(shè)計的雙齒輪擠出系統(tǒng)擁有更強大的推力,使得打印過程更加迅速且平滑??紤]到尼龍?zhí)祭w維材料的高吸濕性,E2CF配備了兩個干燥箱,能夠長時間維持材料的低濕度狀態(tài),確保打印過程的穩(wěn)定性。此外,通過配合可進行遠程管理的RaiseCloud軟件能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的小批量生產(chǎn)。
UltiMaker Method X碳纖維
- 產(chǎn)品尺寸:437x413x649mm
- 構(gòu)建體積:單噴頭190x190x196mm;雙噴頭152x190x196mm
- 使用技術(shù):FDM/FFF
- 噴頭最高溫度:300°C
- 腔室最高溫度:110°C
- 設(shè)備售價:$6000
Method X碳纖維是MakerBot推出的旗艦級3D打印機,后來由于MakerBot與Ultimaker的合并,該設(shè)備成為了新公司UltiMaker的一部分,并更名為UltiMaker Method XL。Method XL碳纖維是一款全封閉式的專業(yè)3D打印機,配備了三個可互換的擠出機,支持打印碳纖維增強尼龍(PA12)、碳纖維增強ABS和不銹鋼316L材料。
MakerBot METHOD X碳纖維采用了循環(huán)加熱腔體和超剛性金屬框架等工業(yè)級技術(shù),加熱腔體最高溫度可達110°C。其熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠均勻加熱并控制打印環(huán)境,從而使打印零件在z軸方向的強度提高2倍,精度提高2倍。配備的高性能雙噴頭擠出系統(tǒng)可以單獨使用一個噴頭來打印可溶性支撐材料,確保復(fù)雜模型的打印精度。
UltiMaker S7
- 產(chǎn)品尺寸:495 x 457 x 520mm
- 構(gòu)建體積:330×240×300
- 使用技術(shù):FDM/FFF
- 噴頭最高溫度:280°C
- 平臺最高溫度:140°C
- 設(shè)備售價:$8400
自從MakerBot與Ultimaker合并成立UltiMaker公司后,他們在去年1月份發(fā)布了第一款3D打印機:UltiMaker S7,并于7月份推出了S7的碳纖維擴展套件。這款打印機是S5的改良版,新增了許多功能。比如,引入了全新的構(gòu)建平臺、集成濾凈系統(tǒng)、帶傳感器的升級打印頭、改進的監(jiān)控攝像頭,以及采用了進階的自動平臺校正技術(shù)。與S5相比,S7最明顯的區(qū)別在于從雙門設(shè)計變?yōu)閱伍T設(shè)計,并采用了玻璃材質(zhì)。
UltiMaker S7的碳纖維新套件包含兩個黑色的UltiMaker PET CF線軸以及一個藍色和一個灰色線軸。此外,套件中還包括一個0.4毫米的Print Core CC和一個0.6毫米的Print Core CC。與UltiMaker Cura軟件無縫集成,用戶可以輕松一鍵完成模型的切片和打印。除了新型的PET碳纖維材料,UltiMaker S7還支持ABS碳纖維和尼龍?zhí)祭w維材料。
Flashforge Creator 4-S(金剛狼4-S)
- 產(chǎn)品尺寸:840x675x1000mm
- 單噴線:400x350x500mm;雙噴頭:350x350x500mm
- 使用技術(shù):FDM/FFF
- 噴頭最高溫度:360°C
- 腔體最高溫度:65°C
- 設(shè)備售價:$13000
金剛狼4是一種多功能、靈活且高性能的工業(yè)級3D打印機。它配備了三種類型的噴頭,Creator 4-S型號搭載了Extruder HS擠出頭,其溫度可高達360℃,可打印碳纖維復(fù)合材料耗材。Creator 4-S具有400*350*500mm的打印幅面,能夠滿足絕大多數(shù)零件的打印需求。與Raise3D E2CF相似,Creator 4-S采用IDEX技術(shù),使得用戶可以同時獨立地使用兩個打印頭,從而實現(xiàn)3D打印機打印量的翻倍。此外,Creator 4-S還配備了智能材料管理系統(tǒng),搭配耗材烘干箱,能夠保證耗材的穩(wěn)定使用。此外,它還兼容PA-CF、PET-CF、PP-CF等多種耗材,同時,這些材料已經(jīng)獲得了LEHVOSS德國實驗室的認(rèn)證。
Markforged Mark Two
- 產(chǎn)品尺寸:584x330x355mm
- 構(gòu)建體積:320x132x154mm
- 使用技術(shù):CCF/FDM
- 可用纖維:碳纖維、玻璃纖維、芳酰胺纖維(芳綸?)、HSHT 高溫高強度玻纖
- 可用塑料:Onyx、Nylon White、Precise PLA、Smooth TPU 95
- 設(shè)備售價:$18500
Mark Two是Markforged推出的一款高級碳纖維復(fù)合材料3D打印機,使用了公司自主研發(fā)的連續(xù)纖維增強(CFR)3D打印技術(shù)。該3D打印機裝備有兩個擠出機,一個用于擠出Onyx?(含短碳纖維的尼龍材料),另一個則用于以連續(xù)的碳纖維、凱夫拉或玻璃纖維來增強Onyx。這種連續(xù)碳纖維增強的制造工藝能夠生產(chǎn)出既具有高強度又兼?zhèn)涠喙δ苄缘淖罱K產(chǎn)品零件。
為了進一步簡化生產(chǎn)流程,Markforged還開發(fā)了Eiger軟件,該軟件使用戶能夠?qū)氩⑶衅瑢楦邚姸?D打印優(yōu)化的設(shè)計。最近,該軟件更新了一個新功能——“Performance Advisor”,該功能可以自動對3D打印件文件進行強度分析,極大地提高了打印效率和產(chǎn)品質(zhì)量。除了Mark Two,Markforged還生產(chǎn)了其他更先進、打印尺寸更大的連續(xù)碳纖維3D打印機,如X7、FX10等。
Anisoprint Composer A3
- 構(gòu)建體積:460x297x210mm
- 使用技術(shù):CFC/FDM
- 噴頭最高溫度:270°
- 腔體最高溫度:120°
- 設(shè)備售價:$30000
Anisoprint(阿奈索)的Composer A3采用了復(fù)合纖維共擠3D打印技術(shù)(CFC),這項技術(shù)涉及到先對干纖維進行預(yù)浸潤處理,然后在3D打印過程中將連續(xù)碳纖維層層鋪設(shè)進打印件中。這種方法與傳統(tǒng)使用短碳纖維的3D打印技術(shù)相比,能夠顯著提升打印件的強度,確保打印件具有低孔隙率、纖維與聚合物間良好的粘合性以及優(yōu)異的機械性能。
不同于Markforged的技術(shù),Anisoprint支持第三方材料,允許用戶將連續(xù)碳纖維嵌入到自己選擇的聚合物線材中,這些材料可以是PLA、PETG、PA和PC等。Anisoprint的切片軟件Aura進一步提供了高度的自定義性,允許用戶精確選擇在哪些區(qū)域放置碳纖維以及哪些區(qū)域不放置,這使得打印過程和最終產(chǎn)品的性能得到了優(yōu)化。
Stratasys F190CR
- 產(chǎn)品尺寸:1626x864x711mm
- 構(gòu)建體積:305x254x305mm
- 使用技術(shù):FDM/FFF
- 噴頭最高溫度:未知
- 腔體最高溫度:未知
- 設(shè)備售價:$45000
F190CR及其更大版本F370CR 3D打印機在Stratasys的F123系列中首次引入了碳纖維增強尼龍材料。這些打印機使用ABS-CF10和Nylon-CF10復(fù)合材料進行打印,它們都含有短碳纖維,用以增強產(chǎn)品的強度和剛度。此外,它們還配備了可重復(fù)使用的構(gòu)建托盤、內(nèi)置攝像頭以便于遠程監(jiān)控,以及7英寸的全彩觸摸屏,提高了用戶的操作便利性。
F190CR集成了GrabCAD打印軟件,這是一款旨在簡化從CAD設(shè)計到最終打印產(chǎn)品的工作流程的軟件。對于那些希望能夠更精細(xì)地控制打印選項的用戶,F(xiàn)370CR還提供了Stratasys的Insight軟件。該軟件的MTConnect功能能夠便捷地將打印機與連接的工廠車間集成在一起,使用戶能夠收集、分析并展示機器數(shù)據(jù),比如打印作業(yè)的設(shè)置,進而優(yōu)化生產(chǎn)流程和提高效率。
在本文中,我們?yōu)榇蠹彝扑]了8款桌面型碳纖維3D打印機,每一款都有其獨特之處。對于有相關(guān)需求的公司而言,購買一臺碳纖維3D打印機無疑是一項明智的投資。它不僅可以幫助公司縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,還能降低生產(chǎn)成本,從而有效提升企業(yè)的競爭力。
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