Spis treści:
Drukarka 3D otwiera drzwi do świata nowych możliwości. Niezależnie od tego, czy zamierzasz drukować funkcjonalne elementy, takie jak komponenty mechaniczne albo protetyka, czy raczej rekreacyjne przedmioty, takie jak zabawki lub figurki, potrzebujesz filamentu do drukarki 3D.
Czym są filamenty do drukarek 3D?
Filament do druku 3D (mylnie: filament 3D) to surowiec, który jest niezbędny do druku 3D w najczęściej spotykanej technologii, czyli FFF/FDM. Jest ich całe mnóstwo – „codzienne” filamenty do drukarek 3D, takie jak PLA, ABS czy PETG, twardsze materiały inżynieryjne i wreszcie te wymyślne, często określane jako filamenty egzotyczne. Oprócz materiałów takich jak nylon, poliwęglan, wzmocnione włókna węglowe czy polipropylen istnieją również specjalne mieszanki o tak niezwykłych właściwościach, jak przewodnictwo elektryczne czy luminescencja. Często piszemy o właściwościach filamentów i ich proponowanych zastosowaniach projektowych, ale rzadko dotykamy specyfiki ich wytwarzania. Być może takie podejście pomoże Ci lepiej zrozumieć technologię druku 3D i przypomni wiedzę o zakulisowej pracy poprzedzającej drukowanie 3D.
Jak powstaje filament do drukarek 3D?
Filament do druku 3D powstaje w procesie podgrzewania, wytłaczania i chłodzenia plastiku. Pierwszym krokiem w procesie produkcji filamentu jest zatem wytworzenie tworzywa sztucznego. Podczas rafinacji ropa naftowa jest podgrzewana w piecu przemysłowym, co powoduje oddzielenie jej wielu różnych składników, w tym istotnej dla produkcji nafty. Katalizatory, nafta i inne składniki chemiczne są łączone i przetwarzane – proces obejmuje topienie produktów i mieszanie ich z innymi materiałami w celu utworzenia tworzywa sztucznego. Powstałe tworzywo sztuczne jest następnie granulowane na małe kawałki znane jako granulki lub żywica – taka forma pozwala producentom filamentów na większą kontrolę nad procesem barwienia. Ów drobny granulat lub pellet będzie później formowany do postaci przypominającej linkę, a następnie mieszany z dodatkami, aby stworzyć spójną mieszankę i nadać filamentowi określone właściwości, takie jak odporność na uderzenia, wytrzymałość, integralność strukturalna, a nawet właściwości magnetyczne. Egzotyczne filamenty, np. przypominające drewno, są wytwarzane poprzez mieszanie dodatków takich jak trociny lub cząstki drewna.
Najpierw jednak rozpoczyna się faza suszenia. Absorbowana z otoczenia wilgoć (higroskopijność) może zdeformować lub zdegradować tworzywo, dlatego przyszły filament jest zazwyczaj suszony w temperaturze od 60°C do 80°C przez kilka godzin. Proces różni się w zależności od producenta. Kolejnymi krokami są formowanie granulek w kształt sznurka, gdzie odbywa się ogrzewanie i chłodzenie, oraz szpulowanie. W tym ostatnim stadium silniki wyciągają filament z komory chłodzącej do mechanizmu szpulowego.
Urządzenie laserowe przeprowadza wówczas pomiar średnicy filamentu, aby upewnić się, że mieści się on w tolerancji średnicy docelowej – najczęściej 1,75 mm lub 2,85 mm. Wreszcie filament jest mocowany do szpuli i nawijany wokół niej. Gdy czujniki wykryją, że szpula jest pełna, materiał jest obcinany i zabezpieczany, rozpocznie się napełnianie kolejnej szpuli i tak aż do wyczerpania partii filamentu.
Wybór filamentu do drukowania 3D – praktyczne informacje
Niektóre filamenty są łatwiejsze w użytku, oferują szerszą gamę kolorów i stylów, bywają biodegradowalne. Wśród wad nielicznych z nich można znaleźć kruchość, słabe właściwości mechaniczne czy problem oparów. Poniżej zebraliśmy garść informacji o najpopularniejszych filamentach do druku 3D na rynku.
PLA – modele, proste zabawki, prototypy, pojemniki
Szersze omówienie na Botland Blog
Filament PLA to najchętniej wybierany filament w sferze amatorskiego druku 3D. Często opisywany w kontekście porównywania z ABS. Niektóre z zastosowań PLA to folie plastikowe, butelki i wyroby medyczne, które powinny ulec biodegradacji w ciągu 6-12 miesięcy. Oferuje całe mnóstwo kolorów.
- Wytrzymałość: średnia
- Elastyczność: niska
- Trwałość: średnia
- Trudność w użyciu: niska
- Temperatura druku: 180-230°C
- Temperatura stołu: 20-70°C (ale nie jest konieczna)
- Kurczenie się/wypaczanie: minimalne
- Rozpuszczalność: nie
- Bezpieczeństwo w kontakcie z żywnością: wytyczne producenta
ABS – futerały, uchwyty, obudowy
Szersze omówienie na Botland Blog
Filament ABS jest mniej popularny niż PLA w codziennym druku 3D. Pod względem właściwości uchodzi za (umiarkowanie) lepszy od PLA, mimo że jest nieco trudniejszy w obsłudze, podatny na wypaczenia bez gorącego stołu roboczego i odpowiedniej adhezji.
- Wytrzymałość: wysoka
- Elastyczność: średnia
- Trwałość: wysoka
- Trudność w użyciu: średnia
- Temperatura druku: 210-250°C
- Temperatura stołu: 80-110°C
- Kurczenie się/wypaczanie: znaczne
- Rozpuszczalność: w estrach, ketonach i acetonie
- Bezpieczeństwo w kontakcie z żywnością: nie
PETG (PET, PETT) – części mechaniczne, elementy ochronne
Szersze omówienie na Botland Blog
Politereftalan etylenu (PET) to jedno z najczęściej używanych tworzyw sztucznych na świecie. Ten polimer znajduje się w butelkach na wodę, we włóknach odzieżowych i w pojemnikach na żywność. Podczas gdy „surowy” PET jest rzadko używany w druku 3D, jego odmiana PETG z glikolem jest popularna w druku 3D.
- Wytrzymałość: wysoka
- Elastyczność: średnia
- Trwałość: wysoka
- Trudność w użyciu: niska
- Temperatura druku: 220-250°C
- Temperatura stołu: 50-75°C
- Kurczenie się/wypaczanie: minimalne
- Rozpuszczalność: nie
- Bezpieczeństwo w kontakcie z żywnością: wytyczne producenta
TPU – przedmioty wymagające trwałości
Szersze omówienie na Botland Blog
Elastomery termoplastyczne (TPU, TPE) to tworzywa sztuczne o właściwościach podobnych do gumy, dzięki czemu ich głównym atutem jest elastyczność. Można je znaleźć w produkcji części samochodowych, urządzeń gospodarstwa domowego, akcesoriów do smartfonów, urządzeń wearable i artykułów medycznych.
- Wytrzymałość: średnia
- Elastyczność: bardzo wysoka
- Trwałość: bardzo wysoka
- Trudność w użyciu: niska (TPU), średnia (TPE, TPC)
- Temperatura druku: 210-230°C
- Temperatura stołu: 30-60°C (nie jest konieczna)
- Kurczenie się/wypaczenie: minimalne
- Rozpuszczalność: nie
- Bezpieczeństwo w kontakcie z żywnością: nie
HIPS, HIPS-X z dodatkiem kauczuku – filament wspierający, podpory
Szersze omówienie na Botland Blog
Filamenty HIPS kojarzą się fanom druku 3D z idealnym materiałem podporowym. Przydadzą się w bardziej skomplikowanych projektach, które mają wystające części wymagające podparcia, zawierają wiele szczegółów, albo posłużą jako prototypy do późniejszego klejenia i malowania. Filament jest niehigroskopijny, łatwo rozpuszczalny i świetnie radzi sobie z uderzeniami.
- Wytrzymałość: wysoka
- Elastyczność: niska
- Trwałość: wysoka
- Trudność w użyciu: średnia
- Temperatura druku: 230-240°C
- Temperatura stołu: 90-100°C
- Kurczenie się/wypaczenie: minimalne
- Rozpuszczalność: w D-limonenie i specjalnych roztworach
- Bezpieczeństwo w kontakcie z żywnością: tak
