Spis treści:
W druku przestrzennym korzystającym z technologii FDM wykorzystuje się obecnie wiele materiałów termoplastycznych o bardzo zróżnicowanych właściwościach. Jak użyty materiał wpływa na wytrzymałość drukowanych elementów i ich możliwe zastosowanie?
Zanim zaczniesz drukować
Warto zdawać sobie sprawę, że nawet najlepsza drukarka i najlepiej zaprojektowany model nie pomogą, jeżeli wykorzystany do drukowania materiał nie będzie spełniał odpowiednich wymagań. Trzeba pamiętać, że zakup wysokiej jakości filamentu kompatybilnego z Twoim urządzeniem nie wystarczy – konieczne jest także dobranie odpowiedniego materiału do danego wydruku (wytrzymałość, elastyczność, odporność na różne substancje czy zmiany temperatury) oraz prawidłowe dopasowanie parametrów drukowania (temperatura komory roboczej, głowicy i stołu, prędkość druku itd.). W przeciwnym wypadku efekty mogą okazać się dalekie od oczekiwanych. Dlatego przed rozpoczęciem pracy nad każdym projektem warto jest już na etapie planów rozważyć, jaki materiał będzie najodpowiedniejszy dla tego rodzaju pracy.
Rodzaje filamentów
Obecnie na rynku dostępnych jest wiele filamentów, które wykonuje się z bardzo różnych substancji. Poniżej znajdziesz najczęściej wykorzystywane materiały.
PLA (polilaktyd)
Jest to utwardzony kwas mlekowy, biodegradowalna substancja uzyskiwana najczęściej z mączki kukurydzianej lub trzciny cukrowej. Cechuje się dużą łatwością drukowania, dlatego znakomicie nadaje się do tworzenia modeli pokazowych czy prototypów, także o dużym rozmiarze. Nie potrzebuje wysokiej temperatury drukowania, a ze względu na niską kurczliwość nie wymaga koniecznego zastosowania podgrzewanego stołu. Jej dużą zaletą jest też bezpieczeństwo – substancja nie wydziela niebezpiecznych oparów przy podgrzewaniu, dlatego w pomieszczeniu roboczym mogą znajdować się ludzie, a drukarka 3D nie musi być wyposażona w zamkniętą komorę. PLA charakteryzuje się średnią elastycznością i stosunkowo dużą wytrzymałością, jest także nierozpuszczalna. Jednak ze względu na możliwość odkształcania się pod wpływem wysokiej temperatury oraz trwałość niższą niż w przypadku innych materiałów (na przykład ABS), PLA lepiej sprawdzi się do drukowania modeli i elementów dekoracyjnych niż części użytkowych. Ze względu na wysoką tolerancję biologiczną, PLA nadaje się także do tworzenia implantów medycznych.
ABS (terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy)
Drugi po PLA najpopularniejszy materiał wykorzystywany w druku przestrzennym metodą FDM to ABS. Charakteryzuje się dużą twardością, dobrą elastycznością oraz wysokim stopniem odporności na wstrząsy, uderzenia i zarysowania. Świetnie radzi sobie także w wysokiej temperaturze. Tworzywo to rozpuszcza się w acetonie. Wytrzymałość ABS sprawia, że jest on niezwykle popularny wśród użytkowników drukarek 3D tworzących elementy użytkowe – obudowy do elektroniki, zabawki czy części zamienne do urządzeń mechanicznych. ABS dobrze znosi też późniejszą obróbkę mechaniczną, na przykład polerowanie czy wiercenie. Materiał ten jest trudniejszy w obsłudze niż PLA, między innymi ze względu na dużą kurczliwość (wymaga wysokiej temperatury dyszy i podgrzewanego stołu roboczego), a także z powodu wydzielania toksycznych oparów podczas drukowania (drukarka musi znajdować się w osobnym, dobrze wentylowanym pomieszczeniu lub być wyposażona w zamkniętą komorę roboczą z systemem filtrów).
HIPS
To biodegradowalny, bezpieczny w użyciu materiał, który może mieć kontakt z żywnością. Jest rozpuszczalny w limonenie, dlatego często stosuje się go w drukarkach dwugłowicowych jako materiał podporowy. Filament HIPS umożliwia tworzenie wydruków o niskiej elastyczności i znacznej wytrzymałości, jednak praca z tą substancją jest stosunkowo trudna ze względu na wysoką kurczliwość (wymaga użycia podgrzewanego stołu i zamkniętej komory roboczej), dlatego nie poleca się go początkującym użytkownikom drukarek 3D.
PETG (politereftalan etylu z glikolem propylenowym)
PETG to połączenie materiału PET (z którego powstają między innymi plastikowe butelki na napoje) z glikolem propylenowym. Materiał ten cechuje się dużą elastycznością i wysoką wytrzymałością, jest bezpieczny w użyciu (nie wydziela szkodliwych oparów) oraz nie rozpuszcza się w wodzie, a także może mieć kontakt z produktami spożywczymi (jeżeli zakupi się filament o stosownej certyfikacji). Praca z PETG wymaga dobrania odpowiednich parametrów druku, a także korzystania z urządzenia z podgrzewanym stołem roboczym (materiał nie ma jednak tak wysokiej kurczliwości, jak ABS).
Nylon (poliamid)
Jest to lekki, bardzo trwały i odporny na ścieranie materiał, który znakomicie nadaje się do drukowania elementów eksploatacyjnych i wytrzymuje duże obciążenia mechaniczne. W porównaniu do innych substancji stosowanych w druku FDM charakteryzuje się bardzo dobrą jakością wykończenia powierzchni, co zmniejsza konieczność późniejszej obróbki. Nylon jest nierozpuszczalny. Praca z tym filamentem wymaga dobrania odpowiednich nastaw oraz korzystania z zamkniętej, filtrowanej komory roboczej lub umieszczenia drukarki w osobnym pomieszczeniu, ponieważ podczas pracy powstają szkodliwe opary.
PHA
Grupa biodegradowalnych polimerów, które są odporne na działanie promieniowania ultrafioletowego. Ich ciągliwość i elastyczność, wytrzymałość na uszkodzenia mechaniczne i zalecany tryb pracy są zależne od dokładnego składu chemicznego i mogą się znacznie różnić w zależności od konkretnego modelu filamentu, dlatego podczas drukowania należy przestrzegać wskazań producenta.
PP (polipropylen)
PP to materiał o świetnej elastyczności i pamięci kształtu, a także dużej odporności na ścieranie, uderzenia i inne uszkodzenia mechaniczne. Nie jest toksyczny i nadaje się do kontaktu z żywnością, jednak ze względu na sporą kurczliwość wymaga dużo uwagi podczas pracy i bardzo precyzyjnych ustawień druku.
PPSU (polifenylosulfon)
Tworzywo o dużej wytrzymałości chemicznej i mechanicznej, które może być stosowane także w implantach medycznych czy w produktach mających kontakt z żywnością. Ze względu na wysoką cenę i dosyć skomplikowaną obsługę podczas drukowania PPSU jest wykorzystywany raczej w druku profesjonalnym i przemysłowym.
PEEK (polietylenoeteroketon)
Materiał ten jest bardzo wytrzymały, lekki i niezwykle odporny na odkształcenia powodowane zmianami temperatury. Nie szkodzi mu również większość organicznych i nieorganicznych związków chemicznych, dzięki czemu znajduje zastosowanie w medycynie i przemyśle. Ponieważ PEEK to tworzywo bardzo drogie i wymagające użycia zaawansowanych drukarek 3D podgrzewających stół oraz głowicę do wysokich temperatur, rzadko wykorzystuje się go w celach hobbystycznych.
TPU
TPU to elastyczny filament na bazie gumy, umożliwiający drukowanie elementów odpornych na ściskanie i wyginanie. Ze względu na znaczne skomplikowanie procesu drukowania jest on polecany zaawansowanym użytkownikom drukarek 3D.
Włókno węglowe
Filamenty PLA lub nylonowe z dodatkiem włókna węglowego są lekkie, sztywne i bardziej wytrzymałe niż ich standardowe odpowiedniki. Ze względu na duże zróżnicowanie właściwości poszczególnych produktów podczas pracy należy postępować zgodnie ze wskazówkami producenta.
Inne filamenty
Na rynku można znaleźć także mniej standardowe filamenty, na przykład wykonaną na bazie PLA imitację drewna czy twarde materiały przypominające wyglądem i właściwościami szkło. Zanim skorzystasz z takich niestandardowych propozycji, sprawdź kompatybilność z Twoją drukarką 3D oraz dokładnie przeczytaj wskazania producenta dotyczące procesu drukowania.
Jakość to podstawa!
Bez względu na wybrany materiał warto pamiętać, by zawsze wybierać filamenty od sprawdzonych producentów i dystrybutorów – tylko wówczas możesz mieć pewność, że zakupiony produkt będzie miał pożądane cechy i będzie wygodny oraz bezpieczny w użyciu.
