{"id":23633,"date":"2023-05-22T16:01:52","date_gmt":"2023-05-22T14:01:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=23633"},"modified":"2023-05-22T16:47:45","modified_gmt":"2023-05-22T14:47:45","slug":"was-sie-ueber-carbonfaser-wissen-sollten-070520201","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/was-sie-ueber-carbonfaser-wissen-sollten-070520201\/","title":{"rendered":"Carbonfaser als Material f\u00fcr den 3D-Druck"},"content":{"rendered":"

Die 1860 von Joseph Swan zum ersten Mal hergestellte Carbonfaser (Kohlenstofffaser)<\/strong> besteht aus einer langen Kette von miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen. Die Kette hat normalerweise einen Durchmesser von 5 bis 10 Mikrometern und variiert je nach Anwendung in der L\u00e4nge. Im Laufe der Jahre hat sich die Carbonfaser in vielen Sektoren verbreitet, da sie \u00fcber einige Vorteile verf\u00fcgt. In diesem vollst\u00e4ndigen Leitfaden finden Sie alle Informationen \u00fcber das Material, wie und warum Kohlenstofffaser heute verwendet wird, welche Hersteller dieses Material anbieten und welche Anwendungen es gibt.<\/p>\n

Eigenschaften von Carbonfaser<\/h3>\n

Wie einige von Ihnen vielleicht bereits wissen, wird die Carbonfaser selten isoliert eingesetzt. Sie wird gew\u00f6hnlich mit anderen Materialien kombiniert, um das zu bilden, was wir als Verbundwerkstoffe, oder in diesem speziellen Fall als kohlenstofffaserverst\u00e4rkte Materialien, bezeichnen. Diese Verbundwerkstoffe bestehen aus einem Grundmaterial, in der Regel einem Polymer<\/a> – auch wenn es m\u00f6glich ist, nicht-polymere Materialien wie Keramik<\/a> zu verwenden – dem Carbonfaser hinzugef\u00fcgt wird. Der Hauptvorteil besteht darin, dass Sie am Ende einen st\u00e4rkeren und dennoch leichteren Kunststoff mit einer erh\u00f6hten Schlagfestigkeit erhalten.<\/p>\n

Das Filament besteht aus kleinen Kohlenstofffasern, die aus Segmenten von weniger als einem Millimeter L\u00e4nge bestehen, die mit einem Thermoplast, dem Basismaterial, vermischt sind. Es gibt eine Reihe beliebter Filamente, die mit Kohlefaserf\u00fcllung erh\u00e4ltlich sind, darunter PLA,<\/a> PETG<\/a>, Nylon<\/a>, ABS<\/a> und Polycarbonat<\/a>. Da diese Fasern extrem stark sind, bewirken sie, dass das Filament an Festigkeit und Steifigkeit zunimmt und gleichzeitig das Gesamtgewicht verringert wird.<\/p>

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Im Laufe der Zeit haben Carbonfasern aufgrund ihrer starken Eigenschaften wie der hohen Steifigkeit, Zugfestigkeit, dem geringen Gewicht, chemischer Best\u00e4ndigkeit, hoher Temperaturbest\u00e4ndigkeit <\/strong>und geringer W\u00e4rmeausdehnung<\/strong> in verschiedenen Bereichen an Beliebtheit gewonnen. Insbesondere reine Carbonfasern sind f\u00fcnfmal fester als Stahl und doppelt so steif, un das obwohl sie leichter sind. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich diese f\u00fcr Anwendungen insbesondere in der Luft- und Raumfahrt<\/strong>, im Automobilbau<\/strong>, im Milit\u00e4r <\/strong>und im Bauwesen<\/strong>.<\/p>\n

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Carbonfasersegmente werden in das Filament eingearbeitet, um es zu verst\u00e4rken (Bild: Markforged)<\/p><\/div>\n

3D-Druck mit Carbonfaser<\/h3>\n

Die Anforderungen an den 3D-Druck von Kohlefaserfilamenten sollten denen des Basismaterials entsprechen, das dem Carbonfaser hinzugef\u00fcgt wurde. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Fasern die Extruder des 3D-Druckers verstopfen k\u00f6nnen, weshalb Experten die Verwendung einer D\u00fcse aus geh\u00e4rtetem Stahl empfehlen. Au\u00dferdem verliert das 3D-gedruckte Teil ab einer bestimmten Anzahl von Fasern an Oberfl\u00e4cheng\u00fcte.<\/p>\n

Kohlefaserfilament ist definitiv robuster als ein Filament, das nicht verst\u00e4rkt wurde. Um jedoch ein noch st\u00e4rkeres Teil zu erhalten, kann eine andere Technik verwendet werden, die als kontinuierliche Kohlefaserverst\u00e4rkung bezeichnet wird. Da die Carbonfaser nicht in kleinere St\u00fccke zerlegt wird, beh\u00e4lt sie viel mehr ihrer urspr\u00fcnglichen Festigkeit. Tats\u00e4chlich ist der 3D-Druck mit kontinuierlicher Carbonfaser stark genug, um Aluminium bei halbem Gewicht zu ersetzen. Hersteller von 3D-Druckern behaupten, dass sie den 3D-Druck aus Metall bei einigen Anwendungen ersetzen kann. Der Hauptvorteil besteht darin, dass sie kosteng\u00fcnstiger als Metall<\/strong> ist. Schlie\u00dflich ist es durch die Verwendung von Carbonfasern nach DfAM-Techniken m\u00f6glich, einem Teil noch mehr Festigkeit zu verleihen und gleichzeitig den Materialverbrauch zu reduzieren.<\/p>\n

\"Carbonfaser\"

Dieses Plastikteil wurde durch den Einsatz von Carbonfaser strapazierf\u00e4higer gemacht (Bildnachweis: Markforged).<\/p><\/div>\n

Anwendungsbereiche des Materials\u00a0<\/span><\/b><\/h3>\n

Urspr\u00fcnglich wurden Kohlefaserverbundwerkstoffe f\u00fcr den Strukturbau verwendet, bei welchem zus\u00e4tzliches Gewicht zu erh\u00f6hten Lebenszykluskosten oder ungen\u00fcgenden Leistungen f\u00fchrt. Kohlefaserverbundwerkstoffe k\u00f6nnen zur Herstellung vieler Produkte wie Fahrradrahmen, Flugzeugtragfl\u00e4chen, Schraubenbl\u00e4ttern, Autokomponenten usw. verwendet werden. Wie Sie sich vorstellen k\u00f6nnen, sind es angesichts der vielen Vorteile nicht mehr nur die traditionellen Fertigungssysteme, die Kohlenstofffaser verwenden. In den letzten Jahren konnte eine wachsende Zahl von 3D-Druckunternehmen, die kohlenstofffaserverst\u00e4rkte Materialien oder Technologien anbieten, verzeichnet werden.<\/p>\n

IDTechEx zeigt in seinem Bericht zum Thema 3D Printing Composites 2020 – 2030 auf, dass der globale Markt f\u00fcr 3D-Verbundwerkstoffe bis zum Jahr 2030 einen Wert von 1,7 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Diese Zahl schlie\u00dft andere Verbundwerkstoffe ein, wie beispielsweise Materialien, die mit Glas- oder Kunststofffasern verst\u00e4rkt wurden. Nichtsdestotrotz zeigt der Trend deutlich, dass die 3D-Druckindustrie zunehmend alle Verbundwerkstoffe, einschlie\u00dflich Carbonfaser, in ihren Fertigungsaktivit\u00e4ten einsetzt.<\/p>\n

Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass 3D-gedruckte Teile aus Carbonfaser sehr vielseitig f\u00fcr eine breite Palette von Anwendungen geeignet sind. Sie sind robust, leicht und widerstehen St\u00f6\u00dfe, Hitze und Chemikalien. So k\u00f6nnen 3D-gedruckte Verbundteile aus Kohlenstofffaser und Kunststoff beispielsweise der extremen Hitze von Auto- und Flugzeugmotoren standhalten. Sie k\u00f6nnen auch maschinell bearbeitete Aluminiumteile und Vorrichtungen f\u00fcr die Fertigung ersetzen.<\/p>\n

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Die Karosserie dieses Fahrradrahmens besteht aus Carbonfaser (Bild: Arevo)<\/p><\/div>\n

Hersteller und Preis<\/h3>\n

Einige Akteure auf dem Markt bieten Technologien an, mit denen dieses Material kontinuierlich gedruckt werden kann. Markforged vermarktet sie als „Continuous Filament Fabrication“ (CFF), w\u00e4hrend Anisoprint sie als „Composite Fibre Co-Extrusion“ (CFC) bezeichnet. Vor kurzem hat auch Desktop Metal ein neues System namens Fiber auf den Markt gebracht, das die mikroautomatische Faserplatzierung (\u03bcAFP) nutzt. Dar\u00fcber hinaus hat 9T Labs<\/a> die Additive Fusion Technology (AFT) entwickelt, um Kohlenstoffverbundwerkstoffe in Massenproduktion zu niedrigeren Kosten herzustellen.<\/p>\n

Einige Unternehmen haben Kohlefaserfilamente f\u00fcr technisch anspruchsvollere Anwendungen entwickelt. Diese Filamente verwenden als Basismaterial Hochleistungspolymere (HPPs) wie PEEK<\/a> oder PEKK<\/a>. Daher bieten sie nicht nur die Vorteile von HPPs – wie Haltbarkeit und starke mechanische und chemische Leistung – sondern auch ein verbessertes Verh\u00e4ltnis von Festigkeit zu Gewicht. Die Druckparameter m\u00fcssen angepasst werden, da HPPs auf Extruder angewiesen sind, die eine Temperatur von bis zu 400\u00b0C erreichen k\u00f6nnen, sowie auf Systeme, die \u00fcber beheizte Kammern verf\u00fcgen und Platten aufbauen. Einige der Hersteller von Kohlefaserfilamenten sind Roboze, 3DXTech, ColorFabb, Markforged, Kimya, Intamsys und Zortrax.<\/p>\n

\"carbon

Bei der Verwendung von DFAM-Druck ist es m\u00f6glich, Teile durch Carbonfaser zu verst\u00e4rken. (Bild: Anisoprint)<\/p><\/div>\n

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Eine interessante Technologie, die sich von dem bekannteren Extrusionsverfahren unterscheidet, ist AREVO’s propriet\u00e4res Verfahren, das auf der Directed Energy Deposition-Technologie<\/a> basiert, bei der ein Laser verwendet wird, um das Filament und die Carbonfaser gleichzeitig zu erhitzen, w\u00e4hrend eine Walze die beiden zusammenpresst. Impossible Objects und EnvisionTEC haben auch Systeme f\u00fcr den 3D-Druck von Carbonfaser in ihre Maschinenpalette aufgenommen. Deren Technologie unterscheidet sich jedoch ein bisschen. Sie weben in einem Laminierungsverfahren Kohlefaserbl\u00e4tter zu einem Druck ein. Nicht zuletzt verwendet Continuous Composites eine Hybridtechnologie, bei der der Faserstrang mit Harz getr\u00e4nkt und dann mit UV-Licht geh\u00e4rtet wird, \u00e4hnlich wie beim SLA-3D-Druck.<\/a><\/p>\n

Was denken Sie \u00fcber Carbonfaser beim 3D-Druck? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf\u00a0Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0 mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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