Materialen6 min lezen
PA6-CF of ASA-CF: welk vezelversterkt materiaal kies je?
Wie een sterk geprint onderdeel nodig heeft, komt al snel bij koolstofvezel uit. Wij printen drie vezelversterkte materialen: PETG-CF, ASA-CF en PA6-CF. De keuze tussen de laatste twee is de lastigste, omdat ze op papier allebei stijf, sterk en warmtevast zijn. In de praktijk gedragen ze zich anders. Dat verschil komt minder van de vezel dan van de kunststof eromheen. Dit artikel zet de verschillen op een rij en eindigt met een advies per toepassing.
Het korte antwoord
Kies ASA-CF voor stijve, maatvaste onderdelen die buiten staan of in wisselende luchtvochtigheid moeten blijven passen. Kies PA6-CF als het onderdeel zwaar belast wordt, slijt of warmer wordt dan circa 100 °C. Is geen van beide nodig, dan is PETG-CF de goedkopere optie.
Wat de koolstofvezel doet
In een CF-filament zitten korte, gemalen koolstofvezels van een fractie van een millimeter. Tijdens het printen richten ze zich in de looprichting van de nozzle. Dat heeft drie gevolgen. Het onderdeel wordt in het vlak van de laag merkbaar stijver. Het krimpt minder bij het afkoelen, dus lange en vlakke delen trekken minder krom en komen dichter bij de getekende maat uit. En het oppervlak wordt mat en egaal zwart, waardoor laaglijnen veel minder opvallen.
Er zijn ook nadelen. De vezels liggen in de laag en niet ertussen. Een vezelgevuld onderdeel is daardoor anisotroop: in het vlak van de laag stijf en sterk, in de bouwrichting duidelijk zwakker. Bij een gewoon filament is dat ook zo, maar bij CF is het verschil groter omdat alleen de ene richting van de vezel profiteert. Daarnaast maken de vezels het materiaal brosser. Een CF-onderdeel buigt minder door, maar breekt bij een harde klap eerder dan dezelfde kunststof zonder vezel.
Koolstofvezel is ook slijtend. We printen deze materialen met een geharde nozzle, en wie het onderdeel nabewerkt merkt dat gereedschap sneller bot wordt dan bij ongevuld kunststof.
De basis bepaalt het karakter
ASA is een amorfe kunststof uit de familie van ABS. Het neemt weinig vocht op, kan tegen UV en weer, en is warmtevast tot circa 95 °C. Met koolstofvezel erin wordt dat circa 100 °C en daalt de krimp, die bij gewone ASA juist een aandachtspunt is.
PA6 is polyamide 6, een nylon. Het is semikristallijn, taai, slijtvast en blijft bij hogere temperaturen vormvast. Met koolstofvezel erin is PA6-CF het sterkste en meest warmtevaste materiaal dat we printen, met een warmtevastheid van circa 150 °C bij lichte belasting. Daar staat één eigenschap tegenover die het hele verschil maakt: nylon neemt vocht op uit de lucht.
Vocht: het grootste verschil in de praktijk
Vochtig PA6-filament gaat in de nozzle koken. Dat geeft bellen, een ruw oppervlak en slechte hechting tussen de lagen. Daarom drogen we PA6-CF voor het printen. Na het printen begint het onderdeel opnieuw vocht op te nemen, tot het in evenwicht is met de omgeving. Dat duurt dagen tot weken, afhankelijk van de wanddikte en de luchtvochtigheid.
Een geconditioneerd PA6-onderdeel is taaier en iets minder stijf dan direct na het printen, en de maat kan een fractie verschuiven. Voor een grijper of een geleider is dat geen probleem; de taaiheid is daar eerder een voordeel. Voor een fixture met krappe passingen in een hal waar de luchtvochtigheid per seizoen verschilt, is het wel een punt. Daar is ASA-CF stabieler, omdat het nauwelijks vocht opneemt.
Warmte en kruip
De warmtevastheid in onze specificaties is de HDT, de temperatuur waarbij een proefstaaf onder een vastgestelde, lichte belasting een bepaalde doorbuiging bereikt. Het is een vergelijkingsgetal en geen ontwerpgrens. Een onderdeel dat langdurig belast wordt, gaat al ruim onder de HDT langzaam vervormen. Dat heet kruip.
Neem daarom marge. Voor een fixture naast een droogoven die tot 70 °C komt, is ASA-CF een goede keuze. Wordt het 100 °C of meer, of moet het onderdeel bij hoge temperatuur ook nog kracht opnemen, dan kom je bij PA6-CF uit. Boven die temperaturen is printen bij ons niet de juiste route.
Sterkte, taaiheid en slijtage
In stijfheid liggen ze dicht bij elkaar. Het verschil zit in wat er gebeurt bij overbelasting. ASA-CF is brosser: het buigt weinig en breekt dan. PA6-CF geeft meer mee voordat het bezwijkt en kan stoten beter opvangen. Voor een grijpervinger die af en toe tegen een product of de machine stoot, is dat een belangrijk verschil.
Bij glijdend contact wint PA6-CF duidelijk. Nylon heeft een lage wrijving en slijt langzaam, en daarom wordt het ook als gefreesd materiaal veel gebruikt voor geleiders, glijstukken en tandwielen. Een geprint PA6-CF onderdeel komt daar voor lichte en middelzware toepassingen goed bij in de buurt.
Prijs
PA6-CF is ons duurste materiaal. Het filament kost per kilo het meest, het moet gedroogd worden en het print het langzaamst. ASA-CF zit daar tussenin, en PETG-CF is de goedkoopste vezelversterkte optie. Wissel in de calculator van materiaal om het verschil voor jouw onderdeel te zien; het hangt sterk af van volume en printtijd.
Kies daarom niet standaard het sterkste materiaal. Een fixture die op kamertemperatuur in een werkplaats ligt, is in PETG-CF vaak goed genoeg. Gebruik PA6-CF waar de andere materialen tekortschieten.
Advies per toepassing
Beugel of behuizing buiten, op een machine, gevel of voertuig: ASA-CF. Het is bestand tegen UV en weer en blijft maatvast.
Grijper, vinger of nest in een robotcel: PA6-CF. Het is taai, slijtvast en vangt stoten beter op.
Montage- of controlemal met krappe passingen: ASA-CF, vanwege de maatvastheid zonder vochtopname. Staat de mal op kamertemperatuur en is de belasting laag, dan volstaat PETG-CF.
Geleider, glijstuk, rol of tandwiel met beperkte belasting: PA6-CF.
Onderdeel op een plek die warmer wordt dan circa 90 °C: PA6-CF, mits de belasting beperkt blijft en je marge neemt.
Kort samengevat
ASA-CF en PA6-CF zijn allebei stijf en sterk, maar ze hebben een ander karakter. ASA-CF is het maatvaste materiaal voor buiten en voor passingen die niet mogen verlopen. PA6-CF is het taaie, slijtvaste en warmtevaste materiaal voor onderdelen die echt iets te verduren krijgen, met vochtopname als prijs. Twijfel je, beschrijf in je aanvraag de belasting, de temperatuur en de omgeving, of zet de ontwerpcheck aan. Dan kijken we mee voordat er geprint wordt.
Vragen hierover die we vaker krijgen
Kan ik een PA6-CF onderdeel na het printen zelf drogen of conditioneren?
Dat kan, maar het is meestal niet nodig. Het onderdeel neemt vanzelf vocht op tot het in evenwicht is met de omgeving waarin het gebruikt wordt, en dat is ook de toestand waarin het moet werken. Test passingen daarom pas na een paar dagen in die omgeving.
Is ASA-CF of PA6-CF sterker tussen de lagen?
Beide zijn tussen de lagen duidelijk zwakker dan in het vlak, zoals elk vezelgevuld FDM-materiaal. Belangrijker dan de keuze tussen de twee is de stand op het printbed: zorg dat de hoofdbelasting in het vlak van de lagen ligt en de lagen niet uit elkaar trekt.
Waarom zijn CF-materialen alleen in zwart te krijgen?
De koolstofvezel kleurt het materiaal zwart. Een andere kleur kan alleen zonder vezel, en dan heb je gewone ASA of PETG. PA6 zonder vezel printen we niet.