In der Welt des industriellen 3D-Drucks stellen Filamente, die mit technischen Fasern verstärkt sind, eine hochwertige Wahl dar, um widerstandsfähige, steife und leichte Bauteile zu erhalten. Insbesondere wird häufig über PA12CF vs PA12CKF (kohlenstofffaserverstärktes Filament und kohlenstofffaser-aramidverstärktes Filament bzw. Carbon Kevlar) diskutiert. Beide basieren auf PA12, einem Polyamid mit guten mechanischen und chemischen Eigenschaften, unterscheiden sich jedoch in der Art der Verstärkung: PA12CF ist ausschließlich mit Kohlenstofffasern verstärkt, während PA12CKF Kohlenstofffasern mit Aramidfasern (Kevlar) kombiniert.
Im Folgenden finden Sie eine Tabelle, die die wichtigsten mechanischen Eigenschaften anhand der technischen Datenblätter vergleicht, wobei typische Werte für den 3D-Druck (sofern verfügbar) und das Spritzgießen herangezogen werden.
Vergleichstabelle der mechanischen Eigenschaften
| Eigenschaft | PA12 CF (3D-Druck) | PA12 CF (Spritzgießen) | PA12 CKF (Spritzgießen) |
|---|---|---|---|
| Dichte [g/cm³] | 1,08 (theoretisch) | 1,051 | 1,07 |
| Charpy Schlagzähigkeit (ohne Kerbe) | 55 kJ/m² | 60 kJ/m² | 35 kJ/m² |
| Charpy Schlagzähigkeit (mit Kerbe) | 14 kJ/m² | 16 kJ/m² | 8 kJ/m² |
| Bruchdehnung [%] | 7 | 4,9 | 5,4 |
| Zugfestigkeit [MPa] | 50 | 125 | 70 |
| Zugmodul [MPa] | 3650 | 8900 | 4500 |
| Empfohlene Extrusionstemperatur [°C] | 220 – 250 | – | 200 – 220 (Filament) |
| Empfohlene 3D-Drucktemperatur [°C] | 220 – 240 | – | 250 – 255 |
| Materialtrocknung [Stunden °C] | 4 h @ 90°C | – | 4 h @ 80°C (Filament) |
Analyse der Tabellendaten
- Dichte: Beide Filamente weisen sehr ähnliche Dichtewerte von etwa 1,07 – 1,08 g/cm³ auf. Dies bedeutet, dass das Gewicht der gedruckten Teile zwischen PA12CF und PA12CKF nur geringfügig variiert, was beide für Anwendungen mit geringem spezifischem Gewicht geeignet macht.
- Charpy Schlagzähigkeit: PA12CF (Spritzgießen und 3D-Druck) zeigt höhere Werte, was auf eine gute Zähigkeit hinweist. Der Beitrag des Aramids im PA12CKF erhöht die Schlagzähigkeit nicht unbedingt signifikant, kann jedoch die tribologischen Eigenschaften und die Elastizität des Bauteils positiv beeinflussen.
- Bruchdehnung: Die Werte sind recht ähnlich (4,9 % – 7 % für PA12CF und 5,4 % für PA12CKF). PA12CF im 3D-Druck zeigt eine etwas höhere Dehnung als beim Spritzgießen, was darauf hindeutet, dass der 3D-Druckprozess eine geringere Faserorientierung und somit eine höhere Duktilität begünstigen kann.
- Zugfestigkeit: Spritzgießen und 3D-Druck sind unterschiedliche Herstellungsverfahren, daher sind die Werte mit Vorsicht zu interpretieren. Für PA12CF zeigt der Spitzenwert von 125 MPa beim Spritzgießen das maximale Potenzial der Formel, während er im 3D-Druck auf 50 MPa sinkt. PA12CKF liegt beim Spritzgießen bei 70 MPa, ein mittlerer Wert: Die Zugfestigkeit der Kohlenstofffaser wird durch die Zugabe von Aramid leicht gemindert, bietet jedoch andere Vorteile (z. B. geringeren Verschleiß).
- Zugmodul: Abgesehen vom Spritzgießen liegt PA12CF im 3D-Druck bei etwa 3650 MPa, was dem Bauteil eine gute Steifigkeit verleiht. PA12CKF erreicht beim Spritzgießen 4500 MPa und zeigt eine höhere Steifigkeit als ein Standard-PA12, jedoch niedriger als PA12CF beim Spritzgießen (8900 MPa).
- Druckbedingungen: Beide erfordern eine Trocknung, um Feuchtigkeitsfehler zu vermeiden. Die empfohlenen Extrusionstemperaturen für PA12CF (220-240 °C) und PA12CKF (250-255 °C) liegen im typischen Bereich technischer Filamente. Aufgrund der Abrasivität der Fasern wird stets die Verwendung einer gehärteten Stahl-Düse empfohlen.
Wann PA12CF und wann PA12CKF wählen
- PA12CF (kohlenstofffaserverstärktes Filament): Ideal für Anwender, die hohe Steifigkeit und gute Schlagzähigkeit suchen. Empfohlen für mechanische und strukturelle Anwendungen, bei denen das Gewicht gering gehalten werden muss, wie z. B. Automobilkomponenten oder Drohnenteile.
- PA12CKF (kohlenstofffaser-aramidverstärktes Filament): Bietet einen interessanten Kompromiss zwischen Steifigkeit und erhöhter Verschleißfestigkeit dank des Aramidanteils. Wenn Sie ein aramidverstärktes Filament für Anwendungen suchen, bei denen Reibung und Abrieb kritische Faktoren sind, kann diese Lösung einen Vorteil bieten.
Fazit
Zusammenfassend hängt die Wahl zwischen kohlenstofffaser- und kevlarverstärktem Filament (PA12CKF) und kohlenstofffaserverstärktem Filament (PA12CF) von den Projektprioritäten ab: Benötigen Sie maximale Steifigkeit und gute Schlagfestigkeit, ist PA12CF eine ausgezeichnete Wahl; benötigen Sie mehr Vielseitigkeit hinsichtlich Verschleißfestigkeit und guter Verarbeitbarkeit, kann Carbon Kevlar die passendere Lösung sein.
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