Carbon Filament: CF-Verbundfilamente im 3D-Druck
„Carbon Filament“ ist kein einzelner Kunststoff. Gemeint sind Verbundfilamente, bei denen einem Basispolymer Kohlenstofffasern beziehungsweise kurze Carbonfasern beigemischt werden.
Das Basismaterial kann zum Beispiel PLA, PETG, Polyamid/Nylon, Polycarbonat oder PP sein. Deshalb unterscheiden sich Carbon-Filamente teilweise stärker voneinander als zwei ungefüllte Filamente.
Die wichtigste Frage lautet also nicht nur „Ist Carbon besser?“, sondern: Welches Basismaterial steckt unter den Carbonfasern?
Carbon Filament auf einen Blick
| Merkmal | CF-Filamente |
|---|---|
| Materialklasse | Verbundwerkstoff |
| Basis | PLA, PETG, PA, PC, PP usw. |
| Steifigkeit | häufig erhöht |
| Dimensionsstabilität | häufig verbessert |
| Warping | je nach Basis oft reduziert |
| Oberfläche | typischerweise matt |
| Abrasiv | ja |
| gehärtete Düse | in der Regel erforderlich |
| Layerhaftung | kann gegenüber Basis schlechter werden |
| Schlagzähigkeit | kann sinken |
| Drucktemperatur | hängt vollständig vom Basispolymer ab |
Was bedeutet CF?
CF steht für Carbon Fiber. Bei FDM-Filamenten handelt es sich normalerweise um kurze Fasern, die in einen thermoplastischen Kunststoff eingemischt werden.
Das ist nicht dasselbe wie ein Bauteil aus kontinuierlichen Carbonfaser-Laminaten.
Aussagen wie „so stark wie echtes Carbon“, „ersetzt Aluminium“ oder „immer stärker als normales Filament“ treffen auf solche Filamente deshalb nicht zu.
Was verändern Carbonfasern?
Carbonfasern können je nach Rezeptur:
- Steifigkeit erhöhen
- Dimensionsstabilität verbessern
- Verzug reduzieren
- Bauteile formstabiler wirken lassen
- eine matte technische Oberfläche erzeugen
- das Gewicht im Verhältnis zur Steifigkeit günstig beeinflussen
Gleichzeitig können sie Nachteile verursachen:
- höhere Sprödigkeit
- schlechtere Layerhaftung
- geringere Schlagzähigkeit
- abrasiven Verschleiß an Düse und Filamentpfad
- höhere Kosten
Braucht Carbon Filament eine gehärtete Düse?
Ja, für CF-Filamente sollte grundsätzlich eine verschleißfeste Düse vorgesehen werden.
Messingdüsen können durch abrasive Fasern deutlich schneller verschleißen. Mit zunehmendem Verschleiß wird der Düsendurchmesser größer, wodurch Maßhaltigkeit, Extrusionsmenge und Oberflächenqualität leiden können.
Je nach Drucker kommen beispielsweise gehärteter Stahl, spezielle Hartmetall-/Wolframcarbid-Lösungen oder Hersteller-Hotends für abrasive Filamente zum Einsatz.
Nicht jede als „hardened“ bezeichnete Düse ist für jedes CF-Filament optimal. Prüfe die Freigaben von Drucker und Filament.
Düsengröße
Gefüllte Filamente können mit kleinen Düsen eher zu Verstopfungen neigen.
Viele Anwender nutzen für fasergefüllte Materialien 0,4 mm oder größere Düsen. Bei stark gefüllten Filamenten kann 0,6 mm sinnvoll sein.
Eine feste Mindestgröße für alle Produkte gibt es nicht; das Herstellerdatenblatt hat Vorrang.
PLA-CF
PLA-CF ist relativ einfach zu drucken und liefert oft eine sehr matte, steife Oberfläche.
Gut für:
- technische Optik
- steife Halterungen bei moderater Temperatur
- Prototypen
- Vorrichtungen
Weniger gut für:
- hohe Temperaturen
- Teile mit starken Schlägen
- Anwendungen, bei denen maximale Layerzähigkeit benötigt wird
Mehr dazu: PLA-Ratgeber.
PETG-CF
PETG-CF kombiniert die Eigenschaften eines PETG-Basismaterials mit Carbonfüllung.
Typische Ziele:
- höhere Steifigkeit
- bessere Dimensionsstabilität
- technische matte Oberfläche
- funktionale Bauteile
Geh nicht automatisch davon aus, dass jedes PETG-CF mechanisch „stärker“ als PETG ist. Je nach Belastungsrichtung kann die reduzierte Layerhaftung relevant werden.
Mehr dazu: PETG-Ratgeber.
PA-CF / Nylon-CF
PA-CF gehört zu den besonders interessanten technischen CF-Materialien.
Mögliche Vorteile:
- hohe Steifigkeit
- gute mechanische Eigenschaften
- hohe Temperaturtauglichkeit je nach PA-Typ
- gute Dimensionsstabilität im Vergleich zu ungefülltem Nylon
Herausforderung:
- Feuchtigkeit
- anspruchsvollere Druckbedingungen
- abrasive Fasern
- höhere Materialkosten
Mehr dazu: Nylon-Ratgeber, Filament trocknen.
PC-CF
PC-CF verbindet Polycarbonat als Basismaterial mit Carbonfasern.
Es richtet sich eher an anspruchsvolle technische Anwendungen. Die genaue Temperaturbeständigkeit, Festigkeit und erforderliche Druckumgebung unterscheiden sich stark nach Produkt.
Mehr dazu: Polycarbonat-Ratgeber.
Carbon Filament vs normales Filament
Die Aussage „CF ist besser“ ist technisch zu pauschal.
Beispiel:
Ein Bauteil, das hauptsächlich auf Biegung belastet wird und hohe Steifigkeit benötigt, kann von einem CF-Material profitieren.
Ein Clip, der häufig auf- und zuschnappen muss, kann mit einem zäheren ungefüllten Material besser funktionieren.
Wähle das Material deshalb anhand der Belastung:
- Steifigkeit
- Zug
- Biegung
- Schlag
- Ermüdung
- Temperatur
- Feuchtigkeit
- Maßhaltigkeit
Geeignete Vuolti-Anwendungen
CF-Filamente können besonders interessant sein für:
- Winkelhalter
- steife Halterungen
- Vorrichtungen
- Montagehilfen
- Möbelgriffe, wenn Steifigkeit und technische Optik gewünscht sind
- Adapter mit hoher Formstabilität
Weniger sinnvoll als Default für:
- Schnappclips mit vielen Biegezyklen
- flexible Teile
- weiche Handyhüllen
- Bauteile, die hohe Schlagzähigkeit benötigen
Carbon und AMS/Materialsysteme
Abrasive Filamente können nicht nur die Düse, sondern auch Filamentführungen, Zahnräder und Materialsysteme verschleißen.
Darum:
- konkrete Druckerfreigabe prüfen
- konkrete Filamentfreigabe prüfen
- nicht davon ausgehen, dass CF-Filament grundsätzlich AMS-kompatibel ist
- Produktvarianten unterscheiden
Trocknung
Ob ein CF-Filament stark getrocknet werden muss, hängt vor allem vom Basispolymer ab.
PA-CF: Feuchtigkeit ist besonders kritisch. PETG-CF: Trockenheit kann ebenfalls wichtig sein. PLA-CF: weniger extrem, aber trockenes Filament verbessert die Reproduzierbarkeit.
Mehr dazu: Filament trocknen.
Passende Generatoren
Häufige Fragen
Ist Carbon Filament stärker als normales Filament?
Nicht automatisch. Carbonfasern erhöhen häufig Steifigkeit und Dimensionsstabilität, können aber Layerhaftung oder Schlagzähigkeit verschlechtern.
Brauche ich für Carbon Filament eine gehärtete Düse?
In der Regel ja. CF-Filamente sind abrasiv und können Messingdüsen schnell verschleißen.
Was ist besser: PLA-CF oder PETG-CF?
Das hängt von der Anwendung ab. PLA-CF ist meist einfacher und steif, PETG-CF bietet andere funktionale Eigenschaften und eine höhere Temperaturreserve als klassisches PLA.
Ist PA-CF besser als PETG-CF?
Nicht pauschal. PA-CF richtet sich häufiger an anspruchsvollere mechanische Anwendungen, ist aber feuchtigkeitsempfindlicher und schwieriger zu drucken.
Kann ich Carbon Filament mit einer 0,4-mm-Düse drucken?
Bei vielen Produkten ja, aber gefüllte Filamente können eher verstopfen. Herstellerangabe zur Düsengröße beachten.
Ist Carbon Filament leichter?
CF-Filamente können ein günstiges Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht bieten. Das konkrete Bauteilgewicht hängt jedoch von Basismaterial, Faseranteil und Geometrie ab.