取材自rigid.ink的文章"Top 3 Best Carbon Fiber Filament Companies",作者是Ed Tyson

新的3D列印材料在短短的幾年內呈現快速的成長。最初,一般的PLAABS線材僅能使用昂貴的機器列印,但現在幾乎所有的材料都能列印。

碳纖維複合線材是這幾年3D列印材料最亮眼的進展之一,碳纖維的特性包括卓越的強度對重量比、堅固、極佳的抗張強度、耐腐蝕性及耐疲勞性。

碳纖維線材是什麼東東?

碳纖維線材和高性能賽車或航空器所用的碳纖維不同,兩者的製程、使用的材料及設計都全然不同,所以不要有不切實際的期待。典型的纖維基複合材料是以環氧樹脂密封的大且長的編織纖維板,而非可以再熔解的熱塑料(像線材就是這樣的情況)。

可惜的是目前市面上大部分的碳纖維(Carbon Fiber,以下簡稱CF)線材都是PLA混合CF粉而製成,一般的PLA本來就很脆,現在加入另一個也很脆且呈現粉末型態的CF粉,基本上會製得更脆的列印材料。這也是你不會在本文中看到以PLA為基底的碳纖維線材位於最佳列印材料之列,因為PLA和碳不會互補。

為了節省時間及金錢(因為CF線材並不便宜),最好選擇具有極佳耐久性的基底材料以抵消碳的易脆性質,這樣一來,印出物才能強固、堅硬且耐久。

PETG、尼龍或其他具有較佳性能的樹脂,如果裡面包覆著碳纖維的小顆粒或股線,那就比較接近一般預期的碳纖維複合材料。材料中所用的基底樹脂、CF的量及個別碳顆粒的尺寸都是影響列印性、成本及零件強度的因素。

正確的摻合樹脂及CF可以製得優異、堅固且耐用的列印材料,並且其性質將勝過目前市面上消費級FDM列印的其他線材。如果有什麼物件的性能是其他材料所無法達到的,找碳纖維線材就對了。

你可以將本文視為碳纖維線材的微型評論,以下介紹目前市面上3種性能最佳的碳纖維複合線材。

1-colorfabbXT  
ColorFabb XT CF20
(碳纖維PETG線材):價格約60英鎊/公斤

ColorFabb XT 基本上就是當今流行的PETG(類似塑膠瓶中的PET,但以乙二醇改質以增加強度)加上20%纖維強化。就像使用所有的CF材料一樣,印表機的噴嘴必須經過硬化。一般的黃銅噴嘴在列印幾小時之後就會磨耗,XT CF20也不例外,所以手邊要有一些硬化噴嘴。另外,大部分的纖維或複合線材最好以0.5 mm或更大的噴嘴列印,否則,線材中如果存在較大的顆粒,那較小的噴嘴就很容易發生堵塞。

另外,和PLA類似,PETG線材的質地相當緻密,很自然的使得XT也具有較高的最終密度1.27 g/cm3,這在列印一般物件的時候大致不會有什麼問題,但如果重量是考慮因素的話,那最好使用較低密度的材料(例如尼龍),其同體積的重量可減輕高達20%

ColorFabb是知名的業界基準,其線徑1.75mm2.85mm的宣稱公差為±0.05 mm。一般而言,公差越小,完成的印物越乾淨,所以值得注意。公差太大,甚至可能造成堵塞,所以要小心公差為±0.1 mm的便宜線材。

XT CF20PETG線材的其他共通優點還包括翹曲低及耐久性良好,另外也要考慮PETG在列印時的一些特性,這樣才能得到最好的結果。

2-nylonx  
MatterHackers 'NylonX'
(碳纖維尼龍線材):價格約110英鎊/公斤

雖然PETG基底的CF線材明顯優於ABSPLA基底的複合材料,但是最終極的搭檔還是結合尼龍及CF的複合材料。就性能而言,尼龍毫無疑問是目前3D列印可用的最佳材料。

尼龍是性質齊全的材料之一,例如它具有優異的耐久性、極佳的化學安定性與熱安定性、低摩擦係數等。因為具有優異的耐久性,尼龍很自然的就和相當脆的CF形成完美的配對。

因為CF線材一般具有較粗糙且呈現霧面的加工,所以其低摩擦的優勢就不如非複合的尼龍來的好,但和其他基底樹脂材料相較,仍然好的多。

但要注意尼龍線材在列印前應該經常保持乾燥,因為尼龍具有極高的吸濕性,會在短時間內吸收很多水分,如果列印時聽到咇啵的聲音,那就是線材含太多水分。

和上述的ColorFabb XT CF20一樣,NylonX線徑的宣稱公差也是±0.05 mm

3-onyx  

Onyx(尼龍碳纖維線材):價格約200英鎊/公斤

另一種尼龍基底的CF線材來自OnyxMarkforged 2連續碳纖維3D印表機就是使用這種線材。當使用連續纖維的時候,得到的印物在強度上就更接近一般認知的碳纖維材料。但是這種連續碳纖維的列印目前只能在特殊的Markforged印表機上進行。

如果不用連續碳纖維線材,該公司的原始材料"Onyx"可以在一般標準的3D印表機工作,並且只是較高等級的尼龍及碳纖維。和上述的Nylon X相似,"Onyx"的品質更接近你預期的超高性能材料,唯一的缺點是價格太高。

本文介紹了市面上低,中、高三種價位的產品,至於那種線材適合你,還是要看你的實際需要及預算而定。

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