3D-Drucker: XT

Jun 14, 2024

Das XT-CF20 von ColorFabb ist eines der exotischeren Filamente für abenteuerlustige 3D-Drucker. Dieses auf PETG basierende Material verfügt über einen Kohlenstofffaseranteil von 20 % und soll das Material der Wahl für robuste Teile mit hoher Steifigkeit sein. Es ist ein faszinierendes Material, das auf jeden Fall einen näheren Blick wert ist. Schauen wir es uns an!

Der hohe Anteil an Kohlenstofffasern macht dieses Material extrem abrasiv, daher habe ich mir eine Düse aus gehärtetem Stahl für mein E3Dv6-Hotend besorgt, um es drucken zu können, ohne meine Messingdüsen zu beschädigen. Erwähnenswert ist auch, dass das Filament auf seinem Weg durch den Drucker tiefe Rillen in Extruderrollen und andere Druckerteile schneiden kann.

XT-CF20 verfügt über ein Eastman Amphora PETG-Basisharz, das an sich schon ein robustes Material ist und hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit etwa in der Mitte zwischen PLA und ABS liegt. Dennoch sind PETG-Filamente relativ anspruchslos für die Druckerhardware: Es sind keine hohen Düsen- oder Betttemperaturen, keine beheizten Baukammern und auch keine exotischen Bauplattenmaterialien erforderlich. Der XT-CF20 kombiniert dieses Harz mit 20 % Carbonfasern. Da diese Fasern als fein gemahlener Füllstoff und nicht in Form langer, verstärkender Stränge vorliegen, verleihen sie gedruckten Teilen sicherlich keine Superkräfte. Allerdings zeichnet sich der XT-CF20 im Vergleich zu den ungefüllten Mitgliedern der XT-Familie durch eine deutlich erhöhte Formtreue, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit aus.

Um eine umfassende Vorstellung von der Oberflächenbeschaffenheit, der Überhangtoleranz und den Brückenbildungsfähigkeiten des Materials zu bekommen, habe ich unter Benchy gedruckt, was zu einer äußerst gleichmäßigen Textur und Farbe mit einem schönen matten Finish führte. Die Brücken und Überhänge an den Kabinenfenstern sind großartig geworden und alle Details sind gut herausgekommen. Trotz aller Gegenmaßnahmen neigt es dazu, auszulaufen und hier und da kleine Kleckse und Artefakte zu erzeugen, die beim Drucken von etwas, das perfekt aussehen muss, ein Hindernis sein können.

Wahrscheinlich aus Versehen wird dieses Material im Sicherheitsdatenblatt als leitfähig beschrieben, aber nein, es ist lediglich antistatisch. Trotz des hohen Kohlenstofffaseranteils verfügt der XT-CF20 über einen Oberflächenwiderstand von 109 Ω/sq (wie im technischen Datenblatt angegeben) und ist nichts, womit Sie Ihre Schaltkreise drucken möchten.

PETG-Filamente zeigen im Allgemeinen eine sehr geringe Neigung zur Verformung beim Drucken, und durch den hohen Faseranteil des XT-CF20 geht das Problem des Verziehens praktisch gegen Null. Teil meiner Tests waren mehrere massive 100 x 20 x 10 mm große Stäbe mit 100 % Füllung, die ich auf eine mit Klebestift beschichtete Glasplatte gedruckt habe. Es haftete während des 4-stündigen Druckvorgangs perfekt gerade auf der Platte, ohne dass sich eine einzige Ecke abhob. Das ist etwas, was ich mit PLA nicht einmal reproduzieren kann. In puncto Formtreue hat dieses Material wirklich 5 von 5 perfekt geraden Bananen verdient.

Perfekt gerade, klobige Stäbe mit 100 % Füllung.

Bei meinen Tests haftete das Filament kurzzeitig an einfachem Borosilikatglas. Kleine Objekte konnten direkt auf die Glasoberfläche gedruckt werden, größere Objekte neigten jedoch dazu, während des Drucks einfach abzuplatzen. Mit einer dünnen Schicht Klebestift auf dem Glas konnte ich die oben gezeigten massiven Blöcke mit perfekter Haftung auf der Bauplatte drucken.

Ich habe das Material auch auf meiner PEI-Bauplatte getestet. Die Haftung der Bauplatte war sicherlich stärker als nötig für ein Material, das sich überhaupt nicht verzieht, aber alle Teile konnten entfernt werden, ohne die PEI-Platte oder die Teile selbst zu beschädigen. Klebestift auf Glas ist wahrscheinlich die bessere Lösung zum Drucken von XT-CF20.

ColorFabb empfiehlt für das Druckbett 80 °C, was super funktioniert hat. Eine Temperaturunterschreitung von 80 °C führte zu Problemen beim Anhaften der ersten Schicht an der mit Klebestift beschichteten Glasplatte, verursachte jedoch keine Probleme beim Drucken auf der PEI-Platte.

Die spezifizierte Verarbeitungstemperatur des XT-CF20 liegt zwischen 240 und 260 °C. Ich habe es bei Temperaturen von 230 °C bis 310 °C getestet, und nun ja, 240 bis 260 °C sind wirklich der optimale Bereich. Bei 230 °C lassen sich Teile noch gut drucken, allerdings sind die Ergebnisse schwach und brechen leicht. Bei 240 °C gedruckte Teile sind bereits recht stabil, neigen aber dennoch leicht zum Bruch an der Grenzfläche zwischen den Schichten. Bei 260 °C treten keine Risse mehr zwischen den Schichten auf, sondern im gesamten Teil, was auf einen perfekten Schichtverbund hinweist. Die folgenden Bruchtestreihen zeigen den Unterschied recht deutlich und wurden, falls Sie sich fragen, von sorgfältigen Fachleuten mit einem Satz Hammer und Meißel in Laborqualität durchgeführt.

Ab ca. 290 °C beginnt das Material merklich zu zerfallen, bis bei 310 °C ein Drucken praktisch unmöglich wird. Letztendlich wurden bei 240 °C und einer Druckgeschwindigkeit von 25 mm/s die besten Ergebnisse mit geringem Auslaufen erzielt, während die bei 260 °C und einer Druckgeschwindigkeit von 25 mm/s gedruckten Teile außerordentlich robust waren und eine perfekte Schichtbindung zeigten.

Nicht alle Filamente auf PETG-Basis sind gleich, aber viele neigen dazu, auszulaufen. Dies gilt auch für den XT-CF2, bei dem während der Fahrt Tröpfchen geschmolzenen Materials aus der Düse fließen. Im Verlauf eines Drucks werden einige dieser austretenden Materialtröpfchen auch von der Druckdüse zurückgesammelt, wo sie sich zu einem größeren Tropfen flüssigen Kunststoffs ansammeln, der früher oder später auf den Druck fällt und manchmal klecksartige Artefakte erzeugt sogar massive Hindernisse, auf die der Druckkopf stoßen kann.

Das Problem kann durch Drucken bei niedrigeren Temperaturen und Geschwindigkeiten gemildert werden. Bei einer Drucktemperatur zwischen 240 und 260 °C ist das Drucken praktisch bei 25 mm/s, mit wenig Auslaufen und geringer Materialansammlung an der Düse. Andere Einstellungen, die ich als hilfreich empfand, um das Auslaufen zu verhindern, sind eine leichte Unterextrusion sowie die Aktivierung von „Rückzüge bei Schichtwechsel“ und die Deaktivierung von „Nur beim Überqueren von Perimetern zurückziehen“ in Slic3r. Wenn Sie die Rückzugslänge kurz halten – 2 mm für das von mir verwendete E3D-Hotend – werden die Rückzugsbewegungen beschleunigt und ein Verstopfen der Düsen verhindert.

ColorFabb empfiehlt eine Druckgeschwindigkeit (40 – 70 mm/s) für den XT-CF20, obwohl die maximale Druckgeschwindigkeit, die ich erreichen konnte, ohne die Schichtbindung stark zu beeinträchtigen, bei Drucktemperaturen von 240 bis 260 °C bei 25 mm/s für den Umfang lag und Füllung und 10 mm/s für kleine Features. Wie bereits erwähnt, führen niedrigere Druckgeschwindigkeiten auch zu einem geringeren Auslaufen und weniger Klecksartefakten.

Diese Werte weichen stark von der Empfehlung von ColorFabb ab, sodass ich mit meinen Erkenntnissen dennoch falsch liegen könnte. Dennoch häufen sich in den Kommentaren von ColorFabb Beschwerden von Benutzern, die mit dem XT-CF20 und den empfohlenen Einstellungen nichts „drucken“ können. Im Gegensatz dazu veröffentlichte Pau von Tilt Racing Drones in Schweden eine äußerst positive Rezension, die die großartigen Ergebnisse seiner Bemühungen zeigt, Drohnenrahmen aus XT-CF20 mit sorgfältigen 15 mm/s und 260 °C zu drucken.

Aus XT-CF20 gedruckte Teile sind außerordentlich steif und können einiges aushalten. Das technische Datenblatt bescheinigt XT-CF20 diese herausragende Zähigkeit, die folgende Tabelle stellt die Werte in einen bekannten Zusammenhang.

Nachdem ich die Einstellungen vorgenommen hatte, warf ich ein einfaches Überhang-Testobjekt mit Überhangwinkeln von 15° bis 75° auf das Material. Es wurde mit einer Schichthöhe von 0,2 mm mit einer 0,4 mm-Düse bei 240 °C und einem Düsengebläse gedruckt, um die Überhänge gezielt zu kühlen. Der Test endete in einer schlimmen Katastrophe, als er den 75°-Winkel erreichte, wodurch das Teststück zerstört wurde. Deshalb habe ich den Test für das folgende Foto mit einem maximalen Überhangwinkel von 60° wiederholt.

Ein positiver Effekt der hohen Schmelzfestigkeit des PETG-Harzes ist seine hervorragende Brückenbildungsfähigkeit. Der XT-CF20 überbrückt selbst große Lücken von 40 mm ohne spezielle Druckeinstellungen und schaffte es sogar über die 80-mm-Brücke. Beachten Sie, dass diese Brücken mit Standardeinstellungen gedruckt wurden, z. B. einer Brückendurchflussrate von 100 %, mit nur einem Düsenventilator zur selektiven Kühlung der Brücken. Diese Einstellungen können für ein individuelles Setup weiter optimiert werden, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

Ich hielt es für notwendig, Slic3r auf einen Z-Kontaktabstand von 0,0 mm zu konfigurieren, um eine angemessene Haftung zwischen den Stützstrukturen und dem eigentlichen Druck zu erreichen, wenn ich XT-CF20 in meinem Einzelextruder-Setup verwende. Außerdem war eine höhere Extrusionsbreite von 0,7 mm für die Stützstrukturen notwendig, um eine Degeneration des Stützmaterials von Slic3r zu verhindern, da es mit einer größeren Schichthöhe gedruckt wird. Das Trägermaterial lässt sich noch entfernen und bricht an den Berührungsstellen leicht. Aufgrund der Widerstandsfähigkeit des Materials waren auch die Stützstrukturen selbst recht steif, was beim Drucken von Objekten mit viel Stützmaterial rundherum ein Problem darstellen könnte.

Eine bemerkenswerte Eigenschaft des PETG-Basisharzes des XT-CF20 ist seine Hygroskopizität. Es absorbiert Wasser aus der Umgebungsfeuchtigkeit, was dann zu einer chemischen Reaktion namens Hydrolyse führt, sobald es gedruckt oder anderweitig auf über 160 °C erhitzt wird. Die Reaktion führt dazu, dass die längeren Polymerketten im Material in kürzere Ketten zerfallen, was zu einer höheren Sprödigkeit des Materials führt das Material. Nasses PETG kann einige Stunden lang bei 65 °C getrocknet werden, wobei es hier die Lösung zu sein scheint, zu verhindern, dass es von vornherein nass wird, indem man das Filament in einem versiegelten Beutel mit Kieselgel aufbewahrt.

XT-CF20 wird mit einem Sicherheitsdatenblatt geliefert, das gelesen werden sollte. Insbesondere Staub, der beim Schleifen oder anderweitigen Bearbeiten des Materials entsteht, sollte nicht eingeatmet werden und kann auch mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch bilden. Das Filament ist nicht ausdrücklich gefährlich, aber im Sicherheitsdatenblatt fehlen eindeutig genaue toxikologische Daten. Bei Gegenständen, die regelmäßig mit Menschen in Berührung kommen, würde ich dieses Material übrigens lieber nicht verwenden oder die gedruckten Teile mit einem Lack versiegeln.

XT-CF20 hat seine Vorbehalte. Das Auslaufen ist immer noch ein Problem, und die niedrigen Druckgeschwindigkeiten nehmen den Spaß an den großen, robusten Teilen, die man mit diesem Material theoretisch drucken könnte, zunichte. Dennoch handelt es sich um ein außergewöhnliches Material, das eine schöne Oberflächenbeschaffenheit ermöglicht und gleichzeitig extrem robust ist und steile Überhänge und breite Brücken nachbilden kann. Da keine hohen Temperaturen oder spezielle Druckplatten erforderlich sind, kann es auf praktisch jedem Drucker gedruckt werden, der mit einer Stahldüse ausgestattet werden kann (oder mit einem günstigen Vorrat an Messingdüsen geliefert wird). Und es verzieht sich keinen Mikrometer. Es gibt viele Anwendungsfälle, bei denen ein robustes Material mit hoher Steifigkeit den Ausschlag gibt, unabhängig von kleinen Mängeln oder langen Druckzeiten. Seien es DIY-Drohnenrahmen, GoPro-Befestigungen oder sogar funktionale, tragende Teile für 3D-Drucker und kleine CNC-Fräsen.

Ich hoffe, es hat Ihnen Spaß gemacht, mit dieser allerersten Filament-Rezension auf Hackaday in ein eher exotisches 3D-Druck-Filament einzutauchen. Sind unsere Leser schon auf Projekte gestoßen, bei denen sie sich ein härteres Material gewünscht hätten? Andere Filamente, die Sie hier gerne sehen würden? Lass es uns in den Kommentaren wissen!

Drucker:Prusa i3 Einstein Rework (Proosha IIIo, Foto)Hotend:1,75 mm E3Dv6, 0,4 mm-Düse aus gehärtetem Stahl, E3D PT100-Thermoelement-Kit, schmaler Kanal, axialer Düsenlüfter, superstarker Jolly Wrencher-LüfterschutzFahrsystem:GT-2-Riemenantrieb mit 20T-Riemenscheiben für XY, M5-Gewindestange für Z mit Kardankupplung, 0,9° 1,7 A Wantai-Schrittmotoren, DRV8825-Schritttreiber im 8-fach-Mikroschrittmodus für XY, IGUS RJ4JP-01-08 Trockenschmierbuchsen auf XY , LM8LUU Linearlager für ZElektronik:Ramps 1.4, Arduino Mega 2560, 12 V / 500 W ATX-NetzteilBauplatte:Makertum MK1 500 W AC-Heizbett, Vishay NTCLE203E3-Thermistor, oben festgeklemmte PEI-Druckplatte oder Glasdruckplatte, lösungsmittelfreier UHU-Klebestift, kapazitiver Abstandsschalter für automatische BettnivellierungFirmware:Marlin-RC7