2024年Hyper Core 速聚芯™ 系列高性能材料白皮书

速聚芯™ 系列高性能工程塑料 白 皮 书White Paper CONTENTS目录 1 高性能材料3D打印发展现状 最近两年，随着硬化钢喷嘴和高温挤出机的普及，越来越多的企业和个人用户开始尝试使用工程性能材料如聚碳酸酯(PC)、尼龙和碳纤维复合材料进行3D打印。这一趋势不仅推动了自动化生产线中3D打印设备的使用，也为生产效率的提升带来了显著影响。 联合利华和路雪太仓工厂是全球首个食品行业获评黑灯工厂的项目，仅200名员工却能生产全国一半以上的“梦龙”和“可爱多”系列冰激凌。 其生产线的气动工作杆是一个易损零件，原先是由碳纤维包覆环氧树脂制作，一般制作周期为两周，成本为1,200元。这意味着需要一个抓取点位会停2周生产。工程师不得不要求供应商进行本地备用该易损件，并分摊其库存成本。在引入了Raise3D E2CF 3D打印机后，使用PET-CF材料进行打印，能满足性能要求的同时，不仅其生产成本降至150元，还能实现隔日交付，极大地提升了生产效率。 汽车和汽车零部件企业更愿意使用高性能材料 2023年，财富500强的224家制造业企业中，约1/3已经引入 Raise3D 高性能和碳纤维 3D打印方案，其中34家汽车及汽车零部件行业占75%。其中缩短测试和研发周期仍然是主要使用场景。 人形机器人的3D打印部件 随着人工智能技术的快速发展，通用人形机器人成为市场热点。为了加快产品迭代和上市时间，同时兼顾减轻负载重量，机器人企业普遍采用3D打印高性能材料进行部件制造。傅利叶智能公司即为一个典型例子。 图为傅利叶智能发布的人形机器人和3D打印中心（来源：傅利叶智能官网） 2 高性能复合材料打印的挑战 尽管3D打印技术带来了诸多便利，但在使用高性能复合材料时，用户仍面临一些挑战： 挑战1：“碳纤维”材料的滤镜效应 传统的碳纤维产品通常以环氧树脂为基材，以碳纤维布或连续纤维为增强材料，其性能普遍优于增强纤维打印。 许多用户因“碳纤维”三个字而进行选择购买，不仅因为连续纤维和增强纤维的性能差异，还因为较低纤维添加比例、以及树脂基材选择，导致零件的强度不能满足要求。 然而，许多用户尝试了PLA-CF后，往往因为其和普通PLA性能无明显差别，而对材料产生失望情绪； 挑战2：零件打印的难度增加，良品率降低 使用尼龙聚酰胺基或PC等工程塑料作为基材时，常常会出现喷头堵头严重、打印速度下降、零件翘边、Z轴层间结合力差等情况，导致用户对高性能复合材料的打印望而却步。 冷知识，常规工艺下碳纤加越多，层间结合力越差，只能提高XY强度和表面磨砂质感。 硬的很！打印质感也不错！就是太脆，摔地上就分层了...... 碳纤维就是增加韧性的，PLA本来就是几张常见耗材里最硬的，PETG的优势是不会见光分解硬度差PLA很多的。 XX 这个PLA容易拉丝干燥了也拉丝。 PC尼龙不耐潮，打印成品是不是也一样在潮湿环境下容易“分层”？ 无论你碳纤维多结实，层间粘合力才是上限 嘿嘿尼龙打印出来之后洗了洗粉，用水，嘿嘿嘿嘿嘿，嘿嘿嘿想似了 碳纤维不谈硬度，屈服强度，主谈外观，太水。 目前这些所谓的碳纤维料完全就是噱头而已，碳纤维材料之所以强度高很大程度上是靠纤维长丝交叠来实现的,而3D打印的碳纤维料就算料里面有长丝，那层与层之间也不可能存在交叠，而且打印机的工作原理就决定了料里不可能有长丝，强度更是无稽之谈。与其花高上天的溢价买所谓的碳纤维料，不如买质量好的PLA或者ABS。 XX 的机器换加硬喷嘴，能打 XX 的PLA CF材料不拉丝，这怎么说？PETG CF流实在拉得没办法，估计 XX 的是假的碳纤维材料了 挑战3：打印速度缓慢 在高速打印过程中，无论使用何种材料，一个主要的挑战是“冷芯”现象。打印机喷嘴的热量首先熔化耗材的外部，使得外层材料总是先于内部区域熔化。这种现象导致内芯温度较低，无法像外层那样均匀、快速地熔化，造成挤出耗材的热分布不均，最终导致打印件层间结合力差和表面粗糙。另外纤维增强复合材料在熔化后变得非常粘稠，难以从打印机喷嘴中挤出，同时纤维材料的添加加剧了冷芯的现象，使得只能以较慢速度进行打印。 3 Hyper Core 速聚芯™ 系列材料的解决方案 Hyper Core 速聚芯™ 系列线材采用了近似连续纤维的“包芯”工艺，可以将至多35 wt%碳纤或玻纤集中，形成线材的“内芯”；以尼龙或ABS等高流通性热塑材料作“包浆”，也就是基材，基材设计具有较低的熔点，同时保持较高的热稳定性。碳纤维或玻璃纤维的内核与外缘基材之间形成的梯度界面，在材料的外周形成了一层“皮肤”，改善了材料的延展性和强度。 Hyper Core 速聚芯™ 系列材料富含更多碳纤维增强内芯 普通复合材料 这种双重特性确保耗材能够快速达到柔韧状态，便于挤出，而不会在高速打印的高温下降解。嵌入的碳纤维或玻璃纤维材料也经过特殊处理，以增强与基体聚合物的层间结合力，从而提高挤出材料的整体结构完整性。 聚合物与纤维之间的相互作用经过精确设计，以促进从固态到液态再回到固态的快速可控过渡。这种快速转换对于Hyper FFF® 高速打印至关重要，因为它能够快速分层，避免通常与冷却和再加热相关的延迟。这种精确的化学配方确保耗材不仅能均匀熔化，还能与每一层粘合并迅速凝固，确保在应用下一层时，每一层都能得到充分支撑。 金珉德博士Raise3D材料和应用事业部总监 案例故事：不是连续纤维用不起，而是钢板更有性价比 案例项目是国内某牙膏日化的自动化产线，业主希望能通过3D打印替换传统的CNC加工的金属手指零件，减少协作机器人和夹爪的负载，延长其使用寿命，项目合作伙伴原计划使用连续纤维进行该零件的制造，但是其制造成本大大超出了国内CNC的加工成本。 在和Raise3D的工程团队沟通后，转向使用Hyper Core速聚芯™ 材料进行打印，并在完成后利用Raise3D打印机的高精度表现，将一块标准金属钢板嵌入到手指当中，确保制件刚性的同时，大幅减少了成本（该钢板为标准件，淘宝2元购入）。还在和牙膏盒面接触的时候采用的TPU软材料，不和牙膏盒表面产生磨损。 软硬件配套：搭载Hyper FFF® 技术的Raise3D Pro3 HS系列4 Raise3D Pro3 HS 系列搭载 Raise3D Hyper FFF® 技术，配备高流量热端和主动消振算法，打印速度最高可达300 mm/s，平均打印速度能够处于 200-300 mm/s 区间，为长期高速打印碳纤维材料提供硬件和软件的支持。 搭载 Hyper FFF® 技术 全新优化的高流量热端，相比 E2CF 桌面设备（4mm3/s）其流量挤出增长为原来的6倍（24mm3/s）。主动消振算法配合 ideaMaker® 切片软件，让切片打印的的效果拥有更好的表面质量和尺寸精度。 为什么近两年FDM/FFF打印技术速度提升了这么多？ 速度的提升来源于主动消振算法的普及⸺FFF/FDM的3D打印技术，是打印机头沿着计算机设定的路径上进行移动，一层层堆积挤出线材冷却后形成三维图形。当机头移动时候存在有惯性，当机头沿着路径转弯的时候，便如同刹车过弯一样，会变成曲线，从而造成零件良品率下降甚至打印失败。因此在过去通常把打印机头移动速度降低到 50-80mm/s 以下。 主动消振算则可以类比为，每当打印机头进行任何高速方向变化时，它都将计算一个优化的加速模式，并吸收过度的振动。通过测量挤出机头的固有频率，处理器将单个加速命令划分为两个等效的加速度，以产生两个反向振动波，抵消它们在反向阶段的振动。 高性能碳化硅喷嘴 无论是 Hyper Core 速聚芯™ 材料还是 Industrial 系列高性能耗材，都需要更高的耐温温度，以满足高性能材料的打印。Raise3D 采用的高性能碳化硅 SiC 喷嘴，作为一种特种陶瓷材料，碳化硅的硬度高于黄铜和硬化钢，也高于红宝石；同时相比其他材料具有良好的自润滑性能、耐高温和化学稳定性，保证了其长期稳定使用。 Air Flow Manager 气流管家系统 Air Flow Manager 气流管家系统能循环打印舱室的热量，有效的对打印舱体进行散热平衡,确保零件在打印过程中的温度均衡。实际使用过程中，能通过该循环系统将打印舱温度维持在45 - 48℃，减少高性能材料打印过程中，因温度变化导致翘边失败。 5 Hyper Core 速聚芯™ 系列材料的性能比较 Hyper Core 速聚芯™ 系列线材提供多种材料，每种材料都是为特定应用和性能要求量身定制的。举两个例子，HyperCore PPA CF25 和 Hyper Core PPA GF25 ，其中 CF 表示碳纤维，GF表示玻璃纤维。数值表示这些纤维在材料中的百分比组成。 机油尺的是检查发动机润滑油油面的高低的工具，也是寻找故障原因，延长发动机使用寿命的重要工具。 其材料需要耐机油，并有一定的韧性，通常使用金属或者玻纤尼龙进行制作，4S店检查时有时会损坏。整车厂商通过使用Hyper Core PPA CF25打印机油尺，替换传统制造。并提供给4S门店，以减少库存和备货。 Hyper Core PPA CF25的碳纤维含量为25 wt%。采用高性能聚酰胺为基材的这种材料专为高强度和高刚性的应用场景设计，如高刚性的夹具和固定装置、轻质铝件或浇筑尼龙零件替代。高比例的碳纤维填充，增强了其拉伸强度，还提高了其耐温性能，另其可以适用于如吹塑、低温注塑热成型模具的应用。 Hyper Core PPA GF25的玻璃纤维含量为25 wt%，具有Hyper Core PPA CF25基材的共有的优点，但针对不同的应用进行了优化。玻璃纤维增强了抗冲击性，使这种耗材成为必须承受重复应力或冲击物品的理想材料。这种材料的固有特性还包括高耐磨性和较低的翘曲倾向，确保打印后的尺寸稳定性。是汽车内外饰、轴承、密封、连接器、控制器等的理想材料。 Hyper Core ABS CF15的重量中包含15 wt%的碳纤维，专为需要ABS的高耐用性和光泽，同时需要碳纤维增强强度和刚度而定制。这种材料非常适合汽车和航空航天应用中对于需要轻量化但又需要高强度的零件而生 查看页面及完整版材料参数，请访问官网页面https://www.raise3d.cn/filaments/ 中国总部上海市杨浦区国权北路1600号湾谷科技园A5座13楼 中国分公司西安市高新区高新二路线市众创示范街区A104深圳市龙华区民治街道民强社区宝山时代大厦8楼808室 美国分公司13 Orchard Road, Suite 108, Lake Forest, CA 9263013310 Pike Road, Stafford, TX 77477 欧洲分公司Tenorweg 6, 3363LN, Sliedrecht, The Netherlands 电话： 400-6367-888邮箱： inquiry@raise3d.com网址： www.raise3d.cn