Spis treści:
- 1 Co to jest filament i jak wygląda?
- 2 Wybór właściwego filamentu
- 3 Popularny duet. Filamenty PLA czy filamenty ABS?
- 4 Czarny koń druku 3D - nylon jako filament
- 5 Filamenty elastyczne, termoplastyczne elastomery - TPU w druku 3D
- 6 Rozpuszczalne filamenty HIPS - podpora druku 3D
- 7 O krok dalej. Żywice do druku 3D SLA
- 8 Wybór filamentu w pigułce, czyli co warto zapamiętać
Przedstawiamy zalety i wady różnych rodzajów materiałów do druku 3D, a także kilka podstaw, które warto znać przed wykonaniem pierwszych wydruków z filamentu.
Co to jest filament i jak wygląda?
Filamenty używane w druku 3D to termoplasty, czyli tworzywa sztuczne (polimery), które po podgrzaniu topią się, a nie palą, mogą być kształtowane i formowane, a po schłodzeniu zastygają. Wyglądają jak kolorowe nitki nawinięte na szpulę. Filament jest podawany do komory grzewczej w zespole ekstrudera drukarki 3D, gdzie jest podgrzewany do temperatury topnienia, a następnie wytłaczany przez metalową dyszę. Zespół ekstrudera porusza się, śledzi ścieżkę zaprogramowaną w pliku obiektu 3D i wreszcie tworzy z filamentu, warstwa po warstwie, drukowany obiekt. Chociaż większość drukarek 3D posiada pojedynczy ekstruder, istnieją modele z podwójnym ekstruderem, które mogą drukować obiekt w różnych kolorach lub z różnymi rodzajami filamentu.
Filament sprzedawany jest w szpulach o wadze od 0,5 kilograma do 2 kilogramów. Występuje w grubościach 1,75 mm i 3 mm – ten drugi jest w rzeczywistości nieco cieńszy, bo ma około 2,85 mm. Zdecydowana większość filamentu jest typu 1,75 mm i tylko nieliczni producenci drukarek 3D używają grubszego rozmiaru. Wymiary te prawie zawsze podawane są w jednostkach metrycznych. To właściwie cała filozofia wokół wymiarów filamentu.
Proces drukowania za pomocą filamentów nazywany jest fused filament fabrication (FFF) albo fused deposition modeling (FDM). To jedno i to samo.
Skrót FDM został zastrzeżony przez pioniera druku 3D, firmę Stratasys Corp. więc inni producenci stworzyli własne nazwy, aby opisać swoje technologie. FFF to nazwa, która się przyjęła. Do dzisiaj zobaczysz je jako używane zamiennie, no, może z wyjątkiem broszur niektórych producentów.
Wybór właściwego filamentu
Po zakupie drukarki 3D wybór filamentu to zwykle pierwsza decyzja. Istnieje co najmniej kilkadziesiąt odmian filamentu. Przy tym uśrednionym wyliczeniu pomijamy nawet liczne kolory, w jakich filamenty do drukarek 3D występują. Przedzierając się przez nie natrafisz na ciąg chemicznie brzmiących nazw. Pojawią się kwas polimlekowy, alkohol poliwinylowy, włókno węglowe czy elastomery termoplastyczne. Stosuje się do nich zawrotną liczbę skrótowców, między innymi ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETG, TPU, PVB i PCTPE. Nie należy się jednak przerażać tą alfabetyczną zupą. Tylko kilka typów jest w powszechnym użyciu, a producenci mają cieszącą tendencję do unikania fachowych nazw na rzecz tych bardziej opisowych. Zwykle nawiązują one do istotnych cech filamentu takich jak elastyczność i wytrzymałość.
Popularny duet. Filamenty PLA czy filamenty ABS?
Zdecydowanie najbardziej popularne rodzaje filamentów to akrylonitrylowy butadien styren (filamenty ABS) i kwas polimlekowy (filamenty PLA). Większość drukarek 3D klasy konsumenckiej jest zaprojektowana do używania wyłącznie tych filamentów. Częścią ich atrakcyjności z pewnością jest to, że są stosunkowo niedrogie.
Tajemnica nieprzystępnej nazwy ABS to tylko pozór, bo jest to ten sam plastik, który jest używany w klockach LEGO. Przedmioty drukowane z ABS są wytrzymałe, trwałe i nietoksyczne.
ABS ma też stosunkowo wysoką temperaturę topnienia, a temperatura druku waha się od 210 do 250 stopni Celsjusza. Dolne rogi obiektów drukowanych z ABS mają tendencję do wyginania się w górę, zwłaszcza jeśli Twoja drukarka nie ma nagrzewającego się stołu roboczego.
Podczas drukowania ABS może wydzielać ostry, nieprzyjemny zapach, dlatego najlepiej używać go w zamkniętej drukarce w dobrze wentylowanym pomieszczeniu.
Tuż obok ABS stoi zwykle wspomniany PLA. Kwas polimlekowy stosowany jako filament ma z kolei stosunkowo niską temperaturę topnienia z temperaturą użytkową wahającą się pomiędzy 180 stopni a 230 stopni Celsjusza.
Jest pochodzenia roślinnego i ulega biodegradacji. Jest twardszy niż ABS, drukuje bez odkształceń i jest ogólnie łatwy w obróbce, chociaż w rzadkich przypadkach może powodować zacięcia ekstrudera.
PLA jest często używany jako materiał bazowy dla bardziej zmyślnych, kompozytowych materiałów, które omówimy za chwilę.
Wspomnijmy jeszcze o PET-G. To kolejny świetny filament dla początkujących. Jest łatwy do drukowania, i wykazuje podobne właściwości do ABS, więc to dwa materiały średniej klasy.
Możesz łatwo drukować PET-G przy użyciu standardowej konfiguracji i uzyskać naprawdę dobre wyniki.
Czarny koń druku 3D - nylon jako filament
Nylon to niezwykle wszechstronny materiał syntetyczny, który jest z nami dłużej, niż się zdaje, bo został opracowany w latach 30-tych XX wieku. Właściwie może to nie jest aż tak dziwne, skoro lata trzydzieste słynęły z rajstop i pończoch. Nylon znalazł zastosowanie chyba we wszystkim, bo od szczoteczek do zębów, poprzez spadochrony i opony, a na filamentach do drukarek 3D kończąc.
W swej istocie nylon to polimer, czyli tworzywo sztuczne lub, bardziej precyzyjnie, rodzina tworzyw sztucznych. Jest mocny, wytrzymały, elastyczny i należy do najtańszych filamentów do druku 3D.
Topi się w wyższej temperaturze (ok. 240 stopni Celsjusza) niż większość filamentów. Sęk w tym, że nie wszystkie drukarki 3D są przystosowane do pracy w takiej temperaturze – niektóre powszechnie stosowane substancje w ekstruderze wydzielają w tej temperaturze opary.
Podobnie jak w przypadku ABS obiekty drukowane z nylonu mają tendencję do wypaczania się, co można złagodzić poprzez zastosowanie podgrzewania. Omawiany materiał znajdziesz w kategorii “Filamenty Nylon”.
Filamenty elastyczne, termoplastyczne elastomery - TPU w druku 3D
TPE to termoplasty o dużej elastyczności, choć wciąż daleko im do gumowych taśm. Jednym z popularnych typów TPE jest termoplastyczny poliuretan (TPU) stosowany między innymi jako materiał do smartfonowych etui.
Właściwie gdy piszemy o polimerach i ich zastosowaniach, to zawsze powinniśmy pisać “między innymi”, bo tych zastosowań jest całe mnóstwo. Skupmy się jednak na druku 3D. Filament TPU będzie więc bardzo wytrzymały mechanicznie, trudny do złamania. Nie potrzebuje podgrzewanego stołu roboczego i jest prosty w zastosowaniu tak jak wcześniej wymienione filamenty.
Rozpuszczalne filamenty HIPS - podpora druku 3D
Chwytliwy w języku angielskim skrót HIPS oznacza wysokoudarowy polistyren. HIPS jest trochę droższy, lekki, może być szlifowany, klejony i kolorowany akrylowymi farbami.
Jest podobny do filamentów ABS, ale z tą różnicą, że HIPS jest rozpuszczalny w limonene (limonen, nie ma zgodności co do polskiej odmiany tego słowa). Ten rozpuszczalnik na bazie cytrusów sprawia, że HIPS jest dobrym wyborem podczas drukowania z drugim materiałem takim jak ABS lub PLA.
Przyda się jako budulec podpórek i wsporników dla bardziej wymyślnych konstrukcji z filamentów, które po zakończeniu pracy z drukarką 3D mogą zostać rozpuszczone.
O krok dalej. Żywice do druku 3D SLA
Uchylmy kotarę do trochę innego świata. Nie każdy kojarzy w ogóle fakt, że w druku 3D zamiast filamentów mogą pojawiać się specjalistyczne żywice. W ogóle przy dzisiejszym rozpowszechnieniu drukarek FFF/FDM łatwo przeoczyć fakt, że na rynku istnieją modele oparte na innych technologiach, które nie wykorzystują filamentu.
Główną z nich jest stereolitografia (aka SLA). To pierwsza technologia druku 3D, która została opracowana i która jest zdolna do bardzo szczegółowych wydruków o wysokiej rozdzielczości.
Ceny drukarek SLA do użytku komercyjnego mogą sięgać pięciu albo nawet sześciu cyfr, ale istnieje cała gama modeli odpowiednich dla hobbystów i półprofesjonalistów.
Wybór filamentu w pigułce, czyli co warto zapamiętać
Wiemy już, że PLA i PET-G są idealne na start. Podpatrujemy rozwiązań w fachowych branżach, niech więc będzie to punkt wyjścia. Częste zastosowanie druku 3D jest budowa prototypów i narzędzi ułatwiających proces produkcyjny. Jeśli nasz prototyp lub narzędzie ma odporne na chemikalia, ciepło lub stres, to warto rozważyć bardziej zaawansowany materiał taki jak ABS lub TPU. Jeśli wydruk ma być gotowy do użycia jako produkt, na przykład na sprzedaż, to sprawdzi się elastyczny i trwały TPU – zwłaszcza jeśli ma się zginać w normalnym użytkowaniu.
Wreszcie jeśli chcesz uzyskać bardziej profesjonalnie wyglądające wykończenie, to materiał z włókna węglowego będzie dobrym rozwiązaniem, ponieważ wygląda elegancko, a jednocześnie jest bardzo trwały – ale to już zupełnie inna historia. Na pewno warto sprawdzać i eksperymentować samodzielnie. Gdy po podejściu do pracującej drukarki 3D zobaczymy po raz pierwszy wystające z filamentu niczym czupryna wiedźmy włosie, to po pierwszym szoku zwykle przychodzi praktyczna refleksja o tym, co zrobić, aby następnym razem mogło pójść lepiej.
