2024年Hyper Core 速聚芯™ 系列高性能材料白皮书

速Ra聚i芯se™3系D列H高y性p能e工rC程o塑r料e 白皮书WhitePaper CONTENTS 目录 1高性能材料3D打印发展现状01 2高性能复合材料打印的挑战02 4 3HyperCore速聚芯™系列材料的解决方案04 软硬件配套：搭载HyperFFF®技术的05 Raise3DPro3HS系列 5HyperCore速聚芯™系列材料的性能比较07 2021年8月 2022年7月 2022年12月 2023年3月 2023年8月 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。 国内制造业标杆企业引入Raise3D高性能和碳纤维3D打印设备时间 2021年9月 2023年3月 2022年9月 2023年6月 Raise3D高性能和碳纤维3D打印设备包括RMF500、Pro3/Pro2系列碳纤版本和E2CF/E2S 案例故事：黑灯工厂的快速响应备件 系列冰激凌。 联目，合仅利2华0和0名路员雪工太却仓能工生厂产是全全国球一首半个以食上品的行“业梦获龙评”黑和灯“工可厂爱的多项” 其树脂生制产作线，的一气般动制工作周杆期是为一两个周易，损成零本件为，1原,2先00是元由。碳这纤意维味包着覆需环要氧一个易损抓件取，点并位分会摊停其2周库生存产成。本工。程在师引不入得了不R要ais求e3供D应E2商C进F3行D本打地印备机用后该， 使本降用至PE1T5-0C元F材，料还进能行实打现印隔，日能交满付足，性极能大要地求提的升同了时生，产不效仅率其。生产成 碳纤维包覆的原始零件使用打印的零件 Raise3DHyperCore速聚芯™系列高性能工程塑料01 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。 图为某新能源汽车试制部门使用3D打印技术 90 75 30 6550 人形机器人的3D打印部件 缩开短发研周发期供应链改善工装和模具试小产批和量早产期品其他用途 2 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） 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； Raise3DHyperCore速聚芯™系列高性能工程塑料02 碳纤维含量：15% 裂e伸P长A率H：T-8C.9F3 断裂伸长率：5.7 碳纤维含量：8% 断裂伸长率：4.72 含量：4% 碳纤维 F LA-C eP BS-CF eA 断 碳纤维含量 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%012345678910 断裂伸长率(%)(Z) 不同基材树脂导致的性能有显著差异，不同碳纤维含量有显著差异 （数据采用eSUN的官方材料） 挑战2：零件打印的难度增加，良品率降低 90 销量：68 销量：20 80 70 60 50 40 30 20 10 0某品牌PLA-CF某品牌PET-CF 碳纤维滤镜：和PLA性能差别不大的PLA-CF，其销量远高于满足真实强度需求的PET-CF 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�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PLACF材料不拉丝，这怎么说？PETGCF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。冷芯 Raise3DHyperCore速聚芯™系列高性能工程塑料03 3HyperCore速聚芯™系列材料的解决方案 HyperCore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35wt%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。 普通复合材料 HyperCore速聚芯™系列材料 500μm 富含更多碳纤维增强内芯 速聚芯™材料在电子显微镜下的截面状态 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。 聚以合促物进与从纤固维态之到间液的态相再互回作到用固经态过的精快确速设可计控，过 复合材料零件Z轴的杨氏模量(GPa) 4.34.2 速分 ，避免通常与冷 。这种快速转换对于HyperFFF®高速打印至 。这精确的化学配方 2.12.2 确并能得保迅到耗速充材凝分不固支仅，撑能确。保均匀在熔应化用，下还一每，一每层一层粘合都 HPyPpAerCCFo25reHPyPpAerGCFo25rePATH-CFPA6-CF Raise3D材料和金应珉用事德业博部总士监 所有HyperCore样本均按照ISO527-2进行打印，打印速度为300mm/s 其他复合材料样品数据来自已发布的TDS Raise3DHyperCore速聚芯™系列高性能工程塑料04 案例故事：不是连续纤维用不起，而是钢板更有性价比 左为连续纤维打印手指，右为HyperCore速聚芯™打印 工成本。 案爪例的项负目载是，国延内长某其牙使膏用日寿化命的，自项动目化合产作线伙，伴业原主计希划望使能用通连过续3纤D维打进印行替该换零传件统的制CN造C，加但工是的其金制属造手成指本零大件大，超减出少了协作国机内器CN人C的和加夹 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。 在将和一R块a标ise准3D金的属工钢程板团嵌队入沟到通手后指，当转中向，使确用保H制yp件er刚Co性re的速同聚时芯，™大材幅料减进少行了打成印本，（并该在钢完板成为后标利准用件Ra，ise淘3D宝打2元印购机入的）高。精还度在表和现，牙 4软搭硬载件Hy配pe套r：FFF®技术的Raise3DPro3HS系列 Raise3DPro3HS系列搭载Raise3DHyperFFF®技术，配备高流量热端和主动消振算法，打印速度最高可达 300mm/s，平均打印速度能够处于200-300mm/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HyperFFF®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HyperCore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。 9.5 9 7.8 3.5 莫氏硬度 10 8 6 4 2 0碳化硅红宝石硬化钢黄铜 AirFlowManager气流管家系统 AirFlowManager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。 Raise3DHyperCore速聚芯™系列高性能工程塑料06 5HyperCore速聚芯™系列材料的性能比较 HyperCore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，HyperCorePPACF25和HyperCorePPAGF25，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。 案例故事：国内某新能源汽车售后团队使用高性能尼龙制件 传统制件 3D打印样件 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HyperCorePPACF25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。 HyperCorePPACF25的碳纤维含量为25wt%。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，