Ý chính
- Tỉ lệ sợi quyết định, không phải chữ “CF” trên nhãn. Loại pha ít sợi đổi độ bền kéo lấy độ ổn định kích thước, không đổi lấy độ cứng.
- Nền polymer quyết định trần nhiệt, không phải sợi. PLA-CF vẫn mềm ở 54 °C.
- Sợi thuỷ tinh mài đầu phun mạnh hơn sợi carbon — hãy coi đầu phun là vật tư tiêu hao.
- Lợi ích lớn nhất, ít được nói tới nhất: sợi làm giảm co ngót và cong vênh đáng kể.
Chữ CF trên nhãn bán được hàng, và đó là vấn đề. Rất nhiều người mua PLA-CF vì tin rằng nó bền hơn PLA, rồi bẻ gãy chi tiết đầu tiên bằng tay và kết luận rằng mình bị lừa. Không ai bị lừa cả — vật liệu đã làm đúng thứ nó được thiết kế để làm, chỉ là thứ đó không phải cái người mua tưởng.
Sợi làm gì bên trong vật liệu
Sợi trong nhựa in 3D là sợi cắt ngắn, dài khoảng 50 đến 150 micron sau khi qua máy đùn, chiếm 10–20 % khối lượng. Chúng nằm rời rạc trong nền polymer chứ không đan thành tấm như vật liệu composite thật. Khi nhựa nóng chảy đi qua đầu phun, dòng chảy làm phần lớn sợi xoay theo hướng đùn.
Từ đó suy ra ba hệ quả, và cả ba đều đo được trên bảng dữ liệu:
- Mô đun tăng — nhưng chỉ khi tỉ lệ sợi đủ cao. Sợi cứng hơn nền hàng chục lần, nên khi chi tiết chịu uốn, sợi gánh phần lớn tải. Điều đó thấy rõ ở loại pha nhiều sợi: Polymaker công bố mô đun trên 8 600 MPa cho PA6-CF20 (20 % sợi carbon). Ở loại pha ít sợi thì không: cùng nhà sản xuất, PLA-CF có mô đun kéo 3 281 MPa, còn PolyLite PLA không pha sợi là 3 427 MPa — tức là không tăng. Chữ “CF” trên nhãn không nói cho bạn biết tỉ lệ sợi là bao nhiêu.
- Độ bền kéo thường giảm. Mỗi đầu sợi là một điểm tập trung ứng suất. PLA-CF của Polymaker đạt 31,2 MPa so với 52,3 MPa của PolyLite PLA — mất khoảng 40 %. Với PETG thì ngược lại: Fiberon PETG-rCF08 đạt 59,8 MPa so với 50,8 MPa của PolyLite PETG, vì nền PETG dai hơn và tỉ lệ sợi được chọn khác.
- Co ngót giảm. Sợi không co khi nguội, nên chúng giữ chi tiết lại. Đây là lý do các loại pha sợi phẳng hơn và ít cong hơn — với chi tiết lớn, đây thường là lợi ích thực tế lớn nhất.
Sợi mua cho bạn độ cứng vững. Chúng trả bằng độ dai, tiền, và tuổi thọ đầu phun.
Carbon hay thuỷ tinh
Hai loại sợi làm cùng một việc theo hai cách khác nhau, và lựa chọn thường được quyết định bởi ngân sách cùng nhiệt độ làm việc chứ không bởi hiệu năng cơ học thuần tuý.
| Sợi carbon (CF) | Sợi thuỷ tinh (GF) | |
|---|---|---|
| Độ cứng thu được | Cao hơn trên mỗi phần trăm khối lượng | Thấp hơn, cần tỉ lệ cao hơn |
| Khối lượng riêng | Nhẹ hơn — chi tiết nhẹ hơn cùng thể tích | Nặng hơn |
| Chịu nhiệt của composite | Tốt | Tốt hơn — sợi thuỷ tinh chịu nhiệt cao hơn |
| Mài mòn đầu phun | Đáng kể | Mạnh hơn rõ rệt |
| Dẫn điện | Có — không dùng cho chi tiết cách điện | Không |
| Giá tương đối | Cao hơn | Thấp hơn |
| Bề mặt | Đen nhám, đều | Xám nhám, hạt thô hơn |
Điểm cuối cùng đáng lưu ý nếu chi tiết của bạn nằm gần điện tử: sợi carbon dẫn điện. Một vỏ hộp PA-CF không phải vật liệu cách điện, và bụi mài từ nó cũng vậy.
Bốn loại pha sợi trong danh mục, và việc của từng loại
| Loại Polymaker | Nền | Bền kéo | Va đập (Charpy có khía) | HDT 0,45 MPa |
|---|---|---|---|---|
| PLA-CF | PLA | 31,2 MPa | 5,5 kJ/m² | 54 °C |
| Fiberon PETG-rCF08 | PETG | 59,8 MPa | 4,0 kJ/m² | 68,6 °C |
| Fiberon PA6-CF20 | PA6 | 109,3 MPa | 11,0 kJ/m² | 215 °C |
| Fiberon PA6-GF25 | PA6 | 80,1 MPa | 10,0 kJ/m² | 191 °C |
Chọn theo việc phải làm
- Gá và đồ định vị trong nhà, không được biến dạng
- PLA-CF — rẻ nhất, phẳng nhất, in trên máy khung hở được
- Ngàm kẹp làm việc ngoài trời hoặc trong xe
- PETG-CF — giữ được độ dai vừa đủ và không cần buồng kín
- Chi tiết cơ khí dùng thật, bánh răng, bạc lót
- PA-CF — cần buồng kín 50 °C và hộp sấy nóng khi in
- Chi tiết làm việc nóng, gần động cơ
- PA6-GF — HDT quanh 190 °C ở loại 25 % sợi, đầu phun tôi cứng 0,6 mm
Chi phí thật của việc in composite
Giá mỗi cuộn là phần dễ thấy nhất và thường không phải phần lớn nhất. Ba khoản còn lại:
- Đầu phun. Đầu phun đồng thau bị mài rộng ra sau vài trăm gam nhựa pha sợi, và triệu chứng không phải là hỏng hẳn — nó là bề mặt xấu dần và đường in rộng dần cho tới khi bạn nghi ngờ máy. Đầu phun thép tôi cứng hoặc mũi ruby là bắt buộc, không phải khuyến nghị.
- Đường dẫn sợi. Ống PTFE, bánh răng đầu đùn và cả bàn in nhám đều mòn nhanh hơn. Với sợi thuỷ tinh, hãy coi cả đầu phun lẫn bánh răng là vật tư tiêu hao.
- Tỉ lệ hỏng. Vật liệu pha sợi khô là vật liệu dễ in; vật liệu pha sợi ẩm cho bề mặt rỗ và liên kết lớp yếu. Với nền nylon, việc sấy không phải một bước tuỳ chọn. Cách đưa khoản này vào giá thành nằm ở bài tính chi phí.
Khi nào đừng dùng loại pha sợi
- Bản lề sống và khớp gài. Chúng sống nhờ độ giãn dài, mà đó chính là thứ sợi lấy đi. PA12 không gia cường là câu trả lời đúng ở đây.
- Chi tiết chịu va đập. Sợi hạ năng lượng va đập. Một chi tiết bị rơi cần PETG, PA12 hoặc PC, không cần CF.
- Chi tiết cần kín nước. Sợi tạo các đường vi mao dẫn dọc theo hướng đùn. Chi tiết pha sợi rò rỉ dễ hơn nhiều so với chi tiết không gia cường cùng độ dày thành.
- Khi vấn đề thật là hướng in. Một chi tiết chịu lực sai hướng lớp sẽ hỏng dù bạn đổi sang vật liệu nào. Hãy đọc bài thông số in tăng độ bền trước khi nâng cấp vật liệu.
Nếu chi tiết của bạn cần cả độ cứng lẫn nhiệt, hướng đi đúng là đổi nền polymer — chi tiết ở bài chọn vật liệu kỹ thuật. Toàn bộ thông số in và cơ tính nằm trên Material Passport của từng loại.
Câu hỏi thường gặp
PLA-CF có bền hơn PLA thường không?
Không phải bền hơn. Theo số Polymaker công bố, PLA-CF đạt 31,2 MPa bền kéo so với 52,3 MPa của PolyLite PLA, và mô đun kéo còn thấp hơn một chút (3 281 so với 3 427 MPa). Cái nó thật sự mua cho bạn là bề mặt nhám đều, độ co ngót thấp hơn và chi tiết phẳng hơn. Nếu chi tiết không được phép biến dạng, nó là lựa chọn tốt hơn.
In nhựa pha sợi carbon có cần đầu phun đặc biệt không?
Có. Đầu phun đồng thau bị mài rộng sau vài trăm gam và bề mặt bản in xấu dần trước khi bạn kịp nhận ra nguyên nhân. Cần đầu phun thép tôi cứng từ 0,4 mm trở lên với sợi carbon, và 0,6 mm với sợi thuỷ tinh vì hạt độn thô hơn và mài mạnh hơn.
Sợi thuỷ tinh hay sợi carbon tốt hơn?
Tuỳ mục tiêu. Sợi carbon cho độ cứng cao hơn trên mỗi phần trăm khối lượng và cho chi tiết nhẹ hơn, nhưng đắt hơn và dẫn điện. Sợi thuỷ tinh rẻ hơn, chịu nhiệt cao hơn và không dẫn điện, đổi lại nặng hơn và mài đầu phun mạnh hơn. Với chi tiết làm việc nóng, PA6-GF thường là lựa chọn hợp lý hơn PA-CF.
Nhựa pha sợi có in được trên máy khung hở không?
PLA-CF thì được, vì nền PLA không cần nhiệt buồng. PETG-CF thường cũng được với chi tiết vừa. PA-CF và PA6-GF thì không: chúng cần buồng kín 50–55 °C cùng hộp sấy nóng khi in, và bỏ qua hai thứ đó thì chi tiết sẽ cong hoặc tách lớp.
Vì sao chi tiết pha sợi carbon dễ bị rò nước hơn?
Vì sợi xoay theo hướng đùn và tạo ra các đường vi mao dẫn chạy dọc theo đường in. Với chi tiết cần kín, hãy dùng vật liệu không gia cường, tăng số đường thành, hoặc chấp nhận một bước làm kín sau khi in.