Was ist ein Kohlenstoff-3D-Drucker?
Ein Kohlenstoff-3D-Drucker ist eine Fertigungsmaschine, die Formmaterial mit zugesetztem Kohlenstoff in einer 2D-Querschnittsform laminiert und ein dreidimensionales Modell auf der Grundlage von 3D-Daten formt. Kohlenstoff kann die Festigkeit drastisch erhöhen.
Durch das Einweben langer Kohlenstofffasern kann eine Festigkeit erreicht werden, die mit der von Aluminium vergleichbar ist. Neben Kohlenstoff können in einigen Produkten auch Kevlar- und Glasfasern verwendet werden.
Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit werden sie für Drohnenkomponenten, ferngesteuerte Teile, Vorrichtungen, Schrauben und Propeller verwendet.
Anwendungen von Kohlenstoff-3D-Druckern
Neben den Vorteilen des geringen Gewichts und der hohen Festigkeit verfügen Kohlenstoff-3D-Drucker über eine hervorragende Hitzebeständigkeit, Stabilität, Präzision, Elastizität, Schlagfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Sie bieten auch die Vorteile von 3D-Druckern wie kürzere Entwicklungszeiten, sofortige Prototypenerstellung von Designkonzepten und Produktion von Kleinserien in hoher Stückzahl, weshalb viele Unternehmen beginnen, sie in ihrer Entwicklungsarbeit umfassend einzusetzen.
Wenn ein Produkt, das mit einem herkömmlichen 3D-Drucker aus Harz hergestellt wird, nicht stark genug ist oder eine niedrige Temperaturbeständigkeit aufweist, wäre es besser, metallische Werkstoffe zu verwenden, was jedoch Probleme in Bezug auf Ausrüstung und Kosten mit sich bringt. Das Hinzufügen von Kohlenstoff ohne Änderung des Harzmaterials löst das Problem ein für alle Mal.
Funktionsweise von Kohlenstoff-3D-Druckern
Die Funktionsweise der 3D-Drucker beruht häufig auf dem optischen Modellierverfahren, bei dem dünne Schichten von Modelliermaterial aufeinander geschichtet und durch Einwirkung eines UV-Lasers auf das flüssige Harz allmählich gehärtet werden oder auf dem FDM-Verfahren, bei dem das Material durch Hitze geschmolzen und geschichtet wird. Das optische Modellieren hat gegenüber dem FDM-Verfahren den Vorteil einer glatteren Oberfläche. Weitere Verfahren sind das Material-Jetting und das Klebstoff-Jetting, die der Tintenstrahltechnik ähneln. Das Pulversinterverfahren, bei dem pulverförmige Materialien durch Laserbestrahlung gesintert werden, hat den Vorteil, dass auch metallische Werkstoffe verwendet werden können.
Eine Methode zum Hinzufügen von Kohlenstoff zu Harzmaterial besteht darin, das Harzmaterial und das Verstärkungsmaterial getrennt bereitzustellen, die Materialien im Inneren des 3D-Druckergehäuses zu verbinden und sie als Verbundmaterial aus einer einzigen Düse zu extrudieren.
Es werden auch andere Verstärkungsmaterialien als Kohlenstoff verwendet. Langfaserige Kohlenstofffasern sind leicht und bieten die höchste Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Glasfasern sind kostengünstig, wiegen etwa doppelt so viel wie Kohlenstofffasern und sind etwa 40 % stärker; außerdem gibt es hoch hitzebeständige Glasfasern mit einer Hitzebeständigkeit von 105 °C. Darüber hinaus hat Kevlar eine ausgezeichnete Flexibilität und Abriebfestigkeit und zeichnet sich durch eine hohe Schlagfestigkeit aus.