فیلامنت فیبر کربن (کربن فایبر)
فیلامنت فیبر کربن، پلیمری است که با الیاف کوتاه کربن تقویت شده تا سفتتر، پایدارتر و سبک‌تر از همان پلیمر ساده باشد. اما «کربن فایبر» یک متریال واحد نیست: PLA-CF و PPS-CF هر دو کربنی‌اند و مقاومت حرارتی‌شان بیش از 200 درجه با هم فرق دارد. در این صفحه هفت گرید کربنی را با عدد دیتاشیت کنار هم می‌بینید و گرید مناسب قطعه‌تان را پیدا می‌کنید.
- 7گرید فیلامنت کربنی در مادا
- 264 °Cبیشترین دمای تغییر شکل (PPS-CF)
- 9860 MPaبیشترین مدول خمشی (PPA-CF)
- 470 × 470 × 470حجم ساخت FDM مادا (میلی‌متر)
فیلامنت فیبر کربن چیست؟
فیلامنت فیبر کربن یک کامپوزیت پلیمری است: الیاف بسیار کوتاه کربن درون یک پلیمر پایه مانند PLA، PETG، PET یا نایلون پخش شده‌اند. این الیاف قطعه را سفتتر می‌کنند، انقباض و تاب‌برداشتن را کم می‌کنند و ظاهری مات و یکدست می‌دهند؛ در عوض قطعه کم‌انعطاف‌تر می‌شود و چاپ آن نازل مقاوم به سایش میخواهد.
مهم‌ترین نکته دربارهٔ فیلامنت کربنی این است که پلیمر پایه، رفتار قطعه را تعیین میکند و الیاف کربن فقط آن را تقویت می‌کنند. مقاومت حرارتی، رفتار در رطوبت و مقاومت شیمیایی از پلیمر پایه میآید؛ برای همین PLA-CF مثل PLA در حدود 55 درجه نرم می‌شود و PPS-CF تا بیش از 260 درجه شکلش را حفظ میکند.
- نوع
- کامپوزیت پلیمر و الیاف کوتاه کربن
- روش چاپ
- پرینت FDM با نازل مقاوم به سایش
- مزیت اصلی
- سفتی، پایداری ابعادی و وزن کم
- محدودیت اصلی
- انعطاف کمتر، استحکام لایهها و سایش نازل
هفت فیلامنت کربنی در یک نگاه
استحکام، سفتی و مقاومت حرارتی گریدهای کربنی مادا تکنولوژی، از PLA-CF تا PPS-CF.
| گرید | پلیمر پایه | استحکام خمشی (MPa) | مدول خمشی (MPa) | دمای تغییر شکل در 0.45 MPa | دمای نازل (°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA-CF | PLA | 96 | 3700 | 55 °C | 210 تا 240 |
| PETG-CF | PETG | 70 | 2910 | 74 °C | 240 تا 270 |
| PET-CF | PET | 131 | 5320 | 205 °C | 260 تا 290 |
| PA6-CF | نایلون PA6 | 151 | 5460 | 186 °C | 260 تا 290 |
| PAHT-CF | نایلون PA12 دما بالا | 125 | 4230 | 194 °C | 260 تا 290 |
| PPA-CF | پلی‌فتالامید | 208 | 9860 | 227 °C | 280 تا 310 |
| PPS-CF | پلی‌فنیلن سولفید | 142 | 7160 | 264 °C | 310 تا 340 |
مقادیر در صفحهٔ لایهها (X-Y) و حالت خشک، طبق دیتاشیت‌ها و صفحه‌های رسمی فیلامنت‌های شرکت Bambu Lab است؛ نسخه‌های مختلف دیتاشیت گاهی عددهای کمی متفاوت دارند و جدیدترین نسخه ملاک قرار گرفته است. برای مقایسه، دمای تغییر شکل حرارتی PLA معمولی 57، PETG معمولی 69، ABS حدود 87 و پلی‌کربنات حدود 117 درجه است.
کدام فیلامنت کربنی برای قطعهٔ شما مناسب است؟
سفتی اقتصادی و چاپ آسان
PLA-CF — وقتی قطعه باید سفت و دقیق باشد ولی گرما و ضربه نمی‌بیند؛ جیگ سبک، براکت و پایه.
چقرمگی با ظاهر براق‌تر
PETG-CF — سفتتر از PETG و چقرمه‌تر از PLA-CF؛ برای قطعات کاربردی که گاهی ضربه می‌خورند.
دمای بالا و رطوبت
PET-CF — مقاومت حرارتی بالا با جذب رطوبت کم؛ برای قطعات داغ و محیط‌های مرطوب.
صفحهٔ فیلامنت PET-CFبیشترین استحکام لایهها
PA6-CF — استحکام بالا و بهترین استحکام میان لایهها؛ در محیط خشک، یا با در نظر گرفتن افت خواص در رطوبت.
صفحهٔ فیلامنت PA6-CFدما و رطوبت با هم
PAHT-CF — نایلون دما بالا که در رطوبت کمتر افت میکند؛ برای قطعات صنعتی در شرایط متغیر.
صفحهٔ فیلامنت PAHT-CFبیشترین سفتی، نزدیک به فلز
PPA-CF — سفتترین و مستحکم‌ترین گرید، پایدار در دما و رطوبت؛ برای جایگزینی قطعات فلزی کمبار.
صفحهٔ فیلامنت PPA-CFمواد شیمیایی و دمای بسیار بالا
PPS-CF — مقاوم به حلال‌ها، خوردگی و شعله با بیشترین مقاومت حرارتی؛ برای محیط‌های شیمیایی و داغ.
صفحهٔ فیلامنت PPS-CF
رطوبت: نقطهٔ ضعف پنهان فیلامنت‌های کربنی
نایلون رطوبت هوا را جذب میکند و خواصش افت میکند؛ این ضعف با افزودن الیاف کربن از بین نمی‌رود. دیتاشیت‌ها نشان می‌دهند PA6-CF در حالت مرطوب بخش بزرگی از استحکام و سفتی خود را از دست می‌دهد، در حالی که PAHT-CF، PET-CF و PPA-CF افت کمی دارند و PPS-CF عملاً تغییری نمیکند. برای قطعه‌ای که در هوای مرطوب یا نزدیک آب کار میکند، این تفاوت از عدد حالت خشک مهم‌تر است.
| گرید | استحکام خمشی خشک | استحکام خمشی مرطوب | مدول خمشی خشک | مدول خمشی مرطوب |
|---|---|---|---|---|
| PA6-CF | 151 MPa | 95 MPa | 5460 MPa | 3560 MPa |
| PAHT-CF | 125 MPa | 115 MPa | 4230 MPa | 3640 MPa |
| PET-CF | 131 MPa | 127 MPa | 5320 MPa | 5240 MPa |
| PPA-CF | 208 MPa | 202 MPa | 9860 MPa | 9620 MPa |
| PPS-CF | 142 MPa | 142 MPa | 7160 MPa | 7160 MPa |
مقادیر در صفحهٔ لایهها (X-Y)، طبق صفحه‌های رسمی فیلامنت‌های Bambu Lab.
استحکام لایهها: جایی که الیاف کربن کمکی نمیکند
الیاف کربن هنگام چاپ در جهت حرکت نازل، یعنی در صفحهٔ لایهها، ردیف می‌شوند؛ برای همین استحکام قطعه در صفحهٔ لایهها (X-Y) خیلی بیشتر از استحکام میان لایهها (Z) است. در PPS-CF، استحکام خمشی میان لایهها حدود یک چهارم استحکام در صفحهٔ لایههاست. نتیجهٔ عملی: جهت چاپ قطعهٔ کربنی را باید طوری انتخاب کرد که بار اصلی در صفحهٔ لایهها باشد؛ این کار را کارشناسان پیش از چاپ بررسی می‌کنند.
| گرید | استحکام خمشی در صفحهٔ لایهها (X-Y) | استحکام خمشی میان لایهها (Z) |
|---|---|---|
| PLA-CF | 96 MPa | 49 MPa |
| PETG-CF | 70 MPa | 48 MPa |
| PET-CF | 131 MPa | 49 MPa |
| PA6-CF | 151 MPa | 80 MPa |
| PAHT-CF | 125 MPa | 61 MPa |
| PPA-CF | 208 MPa | 63 MPa |
| PPS-CF | 142 MPa | 36 MPa |
مقادیر حالت خشک، طبق دیتاشیت‌ها و صفحه‌های رسمی Bambu Lab.
فیلامنت‌های کربنی را کنار بقیه مقایسه کنید
گریدهای کربنی را روی نمودار ببینید یا آن‌ها را با فیلامنت‌های معمولی مانند PETG و پلی‌کربنات مقایسه کنید.
دنبال چه چیزی هستی؟ یک کاربرد را انتخاب کن تا متریال‌های مناسبش روشن شوند
🏆 برندهٔ هر پارامتر بین متریال‌های انتخاب‌شده
| پارامتر | PLA | PETG | ABS | ASA | PC | TPU | TPE | PA11 | PA12 | PA66 | PA6-CF | PA6-GF | PAHT-CF | PPA-CF | PPS-CF | PET-CF | PVB | Wood |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| استحکام | 6 | 6 | 5 | 5 | 7 | 4 | 2 | 6 | 6 | 7 | 8 | 7 | 8 | 9 | 8 | 7 | 5 | 3 |
| سفتی | 7 | 5 | 5 | 5 | 6 | 1 | 1 | 4 | 4 | 6 | 9 | 8 | 9 | 10 | 10 | 8 | 6 | 6 |
| مقاومت ضربه | 3 | 6 | 6 | 6 | 8 | 10 | 8 | 9 | 8 | 8 | 6 | 6 | 6 | 5 | 4 | 4 | 3 | 2 |
| انعطاف‌پذیری | 1 | 3 | 3 | 3 | 3 | 10 | 10 | 5 | 5 | 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 |
| مقاومت حرارتی | 2 | 4 | 6 | 6 | 8 | 4 | 3 | 6 | 6 | 7 | 7 | 7 | 9 | 10 | 10 | 6 | 2 | 2 |
| مقاومت شیمیایی | 3 | 7 | 5 | 6 | 6 | 7 | 6 | 7 | 8 | 7 | 7 | 7 | 8 | 8 | 10 | 7 | 3 | 3 |
| مقاومت در فضای باز | 3 | 5 | 4 | 9 | 6 | 6 | 5 | 6 | 6 | 5 | 6 | 6 | 6 | 6 | 7 | 6 | 3 | 2 |
| صرفهٔ اقتصادی | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 6 | 6 | 5 | 5 | 5 | 4 | 5 | 3 | 2 | 2 | 4 | 6 | 8 |
جمع‌بندی و پیشنهاد
امتیازها نسبی و از 0 تا 10 هستند و بر اساس خواص شناخته‌شدهٔ هر نوع متریال تعیین شده‌اند؛ برای انتخاب اولیه به کار می‌روند و جای دیتاشیت را نمی‌گیرند. عدد دقیق خواص در صفحهٔ هر متریال آمده و خواص گریدهای مختلف یک متریال با هم فرق دارد؛ پیش از ساخت، انتخاب با کارشناسان بررسی می‌شود.
آیا فیلامنت کربنی جای فلز را میگیرد؟
فیلامنت‌های کربنی سفتترین متریال‌های پرینت FDM هستند، اما سفتترین آن‌ها، PPA-CF، مدول خمشی‌ای نزدیک به 10 گیگاپاسکال دارد، در حالی که مدول آلومینیوم حدود 70 و فولاد حدود 200 گیگاپاسکال است. یعنی قطعهٔ کربنی چاپ‌شده چند برابر نرمتر از همان قطعه از فلز است.
برای همین، فیلامنت کربنی برای جایگزینی قطعات فلزی کمبار، سبکسازی، جیگ و فیکسچر، و قطعاتی که وزن یا سرعت ساخت مهم‌تر از سفتی فلزی است، عالی است؛ اما برای قطعات پرتنش، دمای خیلی بالا یا جایی که سفتی فلز لازم است، پرینت فلزی SLM یا ساخت فلزی مناسبتر است.
مزایا و محدودیت‌های فیلامنت فیبر کربن
سفتی بالا
الیاف کربن مدول قطعه را بالا می‌برند و قطعه زیر بار کمتر خم می‌شود.
پایداری ابعادی
انقباض و تاب‌برداشتن کمتر، قطعات دقیق‌تر و صاف‌تری می‌سازد.
نسبت سفتی به وزن
قطعه سبک می‌ماند و سفتی بیشتری دارد؛ مناسب سبکسازی.
ظاهر مات و مهندسی
خطوط لایه کمتر دیده می‌شوند و قطعه ظاهر فنی یکدستی دارد.
سایش نازل
الیاف کربن نازل برنجی معمولی را میسایند؛ چاپ با نازل فولادی سختکاریشده یا مقاوم به سایش انجام می‌شود.
انعطاف کمتر
قطعه پیش از شکستن کمتر خم می‌شود و برای قطعات منعطف یا ضربه‌گیر مناسب نیست.
استحکام لایهها
استحکام میان لایهها بسیار کمتر از صفحهٔ لایههاست و جهت چاپ اهمیت زیادی دارد.
رطوبت در نایلون‌ها
گریدهای نایلونی باید پیش از چاپ خشک شوند و برخی در رطوبت افت خواص دارند.
کاربردهای فیلامنت فیبر کربن
جیگ و فیکسچر
ابزار نگهدارنده و کنترل که باید ابعادش را در استفادهٔ مکرر حفظ کند.
پرینت سه بعدی در تولید انبوهرباتیک و پهپاد
بازوها، براکت‌ها و سازه‌های سبک برای کاهش جرم بخش‌های متحرک.
پرینت سه بعدی در هوافضاقطعات خودرو
قطعات کاربردی و داغ‌تر داخل خودرو با گریدهای دما بالا.
پرینت سه بعدی در خودروسازیقطعات صنعتی
براکت، پایه و قطعات جایگزین فلزی کمبار.
پرینت سه بعدی در مهندسیتجهیزات خط تولید
قطعات و ابزارهایی که در مجاورت گرما، روغن یا مواد شیمیایی کار می‌کنند.
پرینت سه بعدی در تولید انبوهنمونهٔ عملکردی
نمونه‌هایی که باید سفتی و رفتار نزدیک به قطعهٔ نهایی داشته باشند.
پرینت سه بعدی در تحقیق و توسعه
نکات چاپ فیلامنت فیبر کربن
نازل مقاوم به سایش
همهٔ گریدهای کربنی با نازل سختکاریشده چاپ می‌شوند تا قطر نازل و کیفیت چاپ ثابت بماند.
خشک کردن پیش از چاپ
به‌ویژه گریدهای نایلونی و PET-CF رطوبت را جذب می‌کنند و باید طبق توصیهٔ سازنده خشک شوند؛ رطوبت هم کیفیت چاپ و هم خواص قطعه را پایین می‌آورد.
محفظهٔ گرم برای گریدهای دما بالا
PPA-CF و PPS-CF به دمای نازل 280 تا 340 درجه و محفظهٔ گرم نیاز دارند و فقط با پرینترهای صنعتی محفظه‌دار چاپ می‌شوند.
آنیل برای خواص کامل
دیتاشیت‌ها برای برخی گریدها آنیل پس از چاپ را توصیه می‌کنند؛ برای نمونه 80 تا 140 درجه برای PET-CF، 120 تا 140 درجه برای PPA-CF و 180 تا 220 درجه برای PPS-CF.
نمونه قطعات پرینت‌شده با فیلامنت کربنی
تیغهفیبر کربن پروانهنایلون کربنی قاب ماسکPPS-CF قطعهٔ پیچ‌دارPETG-CF 
پروانهPETG-CF 
قطعات چرخ‌دنده‌ایPLA-CF 
ملخPLA-CF 
توپی چرخPLA-CF
سوالات متداول فیلامنت فیبر کربن
فیلامنت فیبر کربن چیست؟
کامپوزیتی از یک پلیمر پایه مانند PLA، PETG، PET یا نایلون با الیاف کوتاه کربن که قطعه را سفتتر و از نظر ابعادی پایدارتر میکند؛ رفتار حرارتی و شیمیایی آن از پلیمر پایه میآید.
بهترین فیلامنت کربنی کدام است؟
بهترین گرید به کاربرد بستگی دارد: PLA-CF برای سفتی اقتصادی، PETG-CF برای چقرمگی، PET-CF برای دما و رطوبت، PA6-CF برای استحکام لایه، PAHT-CF برای دما و رطوبت با هم، PPA-CF برای بیشترین سفتی و PPS-CF برای مواد شیمیایی و دمای بسیار بالا.
مقاومت حرارتی فیلامنت کربنی چقدر است؟
به پلیمر پایه بستگی دارد؛ طبق دادههای Bambu Lab، دمای تغییر شکل حرارتی در 0.45 مگاپاسکال از حدود 55 درجه برای PLA-CF تا حدود 264 درجه برای PPS-CF متغیر است.
آیا فیلامنت کربنی از PLA معمولی محکمتر است؟
سفتتر و در صفحهٔ لایهها معمولاً مستحکمتر است، اما انعطاف کمتری دارد؛ و PLA-CF مقاومت حرارتی PLA را بالا نمیبرد.
آیا فیلامنت کربنی جای قطعهٔ فلزی را میگیرد؟
برای قطعات فلزی کمبار، سبکسازی و ابزار بله؛ اما سفتترین گرید کربنی هم چند برابر نرمتر از آلومینیوم است و برای قطعات پرتنش، پرینت فلزی SLM مناسبتر است.
چرا فیلامنت کربنی نازل مخصوص میخواهد؟
الیاف کربن سایندهاند و نازل برنجی معمولی را بهسرعت میسایند؛ نازل فولادی سختکاریشده یا مقاوم به سایش کیفیت چاپ را ثابت نگه میدارد.
اثر رطوبت روی فیلامنت کربنی چیست؟
در گریدهای نایلونی مهم است؛ طبق دادههای Bambu Lab، استحکام خمشی PA6-CF در حالت مرطوب از حدود 151 به 95 مگاپاسکال افت میکند، در حالی که PPS-CF تغییری نمیکند.
آیا جهت چاپ روی استحکام قطعهٔ کربنی اثر دارد؟
بله، زیاد؛ استحکام میان لایهها بسیار کمتر از صفحهٔ لایههاست، پس قطعه باید طوری چاپ شود که بار اصلی در صفحهٔ لایهها باشد.
آیا قطعات فیلامنت کربنی رسانای برق‌اند؟
رفتار الکتریکی به گرید و درصد الیاف بستگی دارد و نباید بدون دیتاشیت گرید مشخص روی رسانا یا نارسانا بودن آن حساب کرد.
هزینهٔ ساخت قطعه با فیلامنت کربنی چطور محاسبه می‌شود؟
بر اساس گرید، حجم و وزن قطعه، زمان چاپ، نیاز به محفظهٔ گرم و آنیل و تعداد؛ گریدهای دما بالا گران‌ترند. با آپلود فایل برآورد قیمت را می‌بینید.
فایل سه بعدی قطعه را بفرستید؛ گرید کربنی مناسبش را پیشنهاد می‌کنیم
کارشناسان مادا تکنولوژی بر اساس بار، دما، رطوبت و محیط کار قطعه، گرید کربنی و جهت چاپ مناسب را پیشنهاد می‌کنند.