Filamenty do druku 3D – Rodzaje, charakterystyka i zastosowania

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 5 min.

W tradycyjnych drukarkach obrazy uzyskuje się dzięki nanoszeniu tonera lub tuszu na płaską powierzchnię papieru lub folii. W drukarkach 3D, gdzie tworzone modele są przestrzenne, podstawowym materiałem eksploatacyjnym jest filament lub żywica. Dobór materiału zależy od technologii. W przypadku urządzeń pracujących w SLA są to płynne żywice, natomiast filamenty wykorzystuje się w drukarkach FFF. Dobór materiałów eksploatacyjnych powinien zależeć przede wszystkim od przeznaczenia drukowanego elementu, ponieważ poszczególne tworzywa różnią się od siebie właściwościami. W naszym artykule zajmiemy się właśnie filamentami, ich parametrami oraz możliwościami zastosowania poszczególnych materiałów.

Ogólne informacje o filamentach

Filamenty do drukarek 3D produkowane są z termoplastycznych tworzyw. Niektóre z nich syntezowane są od początku do końca na bazie sztucznych substancji laboratoryjnych. Inne, jak choćby popularne filamenty PLA, powstają na bazie surowców pochodzenia naturalnego. Wszystkie przyjmują postać cienkiego, długiego (nawet kilkusetmetrowego) włókna nawiniętego na szpulę. Taka forma pakowania jest bardzo wygodna, ponieważ szpulę bezpośrednio po wyjęciu z pudełka można zamontować na uchwycie drukarki 3D. Dodatkowo duże, płaskie tarcze znajdujące się po obu stronach szpuli filamentu chronią przed zsuwaniem się włókna. 

Dobierając materiał eksploatacyjny do drukarki 3D warto zwrócić uwagę, aby wiązka uformowana była starannie, tzn. bez przypadkowych zgrubień czy nierówności. Jeśli włókno filamentu będzie nierówne, w dyszy drukarki znajdzie się więcej materiału, niż powinno, a to może przełożyć się na jakość tworzonego detalu. Warto pamiętać o tym, że grubość pojedynczej warstwy wydruku najczęściej jest zdecydowanie mniejsza niż 0,5 mm – najmniejsze odstępstwa od przewidzianej grubości wiązki filamentu mogą mieć znaczenie dla efektu. Z tego względu zdecydowanie rekomendujemy zakup materiałów eksploatacyjnych u znanych, sprawdzonych producentów. Najczęściej spotykane na rynku średnice włókien to 1,75 mm oraz 2,85 mm.

Filamenty do drukarek 3D
Filamenty do druku 3D

Na co zwrócić uwagę podczas drukowania 3D z użyciem filamentu?

Kwestia, od której trzeba zacząć przygotowania do wydruku, to sprawdzenie, do jakiej temperatury powinny zostać rozgrzane dysza drukarki 3D oraz stół roboczy. Podgrzanie dyszy pozwala roztopić włókno filamentu tak, aby na pole robocze podawana była cienka warstwa płynnego tworzywa. Natomiast podgrzewanie stołu ma za zadanie zapewnienie odpowiedniej przyczepności tworzywa do podłoża, a do tego chroni przed niekontrolowanym kurczeniem się warstwy filamentu w wyniku jej gwałtownego schłodzenia. Dzięki temu możemy uzyskać spójny wydruk o ściśle przylegających do siebie warstwach. Informacji na temat optymalnej dla danego filamentu temperatury należy szukać w pierwszej kolejności w informacji od producenta i – tak, zgadliście 😉 –  instrukcji do drukarki 3D. Przy pracy z nowym filamentem najlepiej wykonać mały wydruk testowy, aby przekonać się, czy wybrane ustawienia drukarki 3D są odpowiednie.

Drugim ważnym zagadnieniem są możliwości naszego urządzenia drukującego. Istnieją pewne, uniwersalne rodzaje filamentów (PETG, ABS czy PLA), które obsługiwane będą prawidłowo przez większość modeli drukarek 3D. Inne natomiast – jak choćby filament TPU o „gumowatej” strukturze – mogą być wykorzystywane jedynie przez niektóre modele urządzeń. Dodatkowo musimy wziąć pod uwagę rekomendacje producenta drukarki 3D – niektóre firmy wymagają, aby w dostarczanych przez nie sprzętach stosować ich własne filamenty. Natomiast ze względu na bezpieczeństwo operatora urządzenia oraz osób znajdujących się w pobliżu trzeba zawracać uwagę na rekomendowane środki ostrożności. Niektóre termoplastyczne tworzywa podczas topnienia wydzielają szkodliwe i drażniące opary. Problem jest wprawdzie mniej dotkliwy w przypadku filamentów, niż w przypadku żywic stosowanych w technologii SLA, ale np. drukowanie filamentami ABS wymaga zapewnienia dobrej wentylacji w pomieszczeniu.

Filamenty PLA

Filament PLA Spectrum
Filament Spectrum PLA 2,85mm w kolorze Pearl Gold.

Produkowane są z polilaktydu (kwasu polimlekowego). Materiał do produkcji filamentów PLA pozyskiwany jest ze sfermentowanej skrobi roślinnej, a filament należy do tworzyw biodegradowalnych. To ważne zważywszy na fakt, że jest on wykorzystywany przez ogromną liczbę użytkowników domowych drukarek 3D. Z jego pomocą drukuje się naprawdę spore ilości różnego rodzaju modeli. Filament PLA nie pali się, choć temperatura jego topnienia jest stosunkowo niska jak na tworzywa stosowane w drukarkach 3D – w niektórych przypadkach wystarczy podgrzać dyszę do 180 oC. Dla amatorów i makerów ważna jest całkowita nietoksyczność polilaktydu.

Filamenty PLA Pro

Filament PLA Spectrum
Filament Spectrum PLA Pro 1,75mm w kolorze Lime Green.

Podobne właściwości do „czystego” polilaktydu ma jego udoskonalona wersja, oferowana na rynku jako filamenty PLA Pro. Wykonane z nich modele charakteryzują się trwałością i odpornością na działanie wody, nie wypaczają się i są niepalne. O ile jednak w przypadku filamentów PLA istnieje pewne ryzyko kurczenia się modelu pod wpływem niższej temperatury, o tyle przy zastosowaniu filamentów PLA Pro można nawet całkowicie zrezygnować z podgrzewania stołu roboczego. Udoskonalony polilaktyd jest gładszy od swojego poprzednika, ma wyższą odporność na pękanie (przewyższającą nawet inny trwały filament – ABS) i w przeciwieństwie do „zwykłego” PLA poddaje się obróbce poprzez wiercenie. Zarówno filamenty PLA, jak i PLA Pro stosuje się powszechnie do realizacji projektów amatorskich i półprofesjonalnych, druku figurek oraz różnych przedmiotów codziennego użytku.

Filamenty ABS

Filamenty do druku 3D
Zestaw filamentów ABS 1,75 mm Devil Design.

filamentach ABS znajdziemy akrylonitrylo-butadieno-styren. To termoplastyczne tworzywo jest łatwe w formowaniu, a jednocześnie bardzo trwałe podczas obróbki. Jeśli zatem dany element wymaga np. nawiercenia otworów czy szlifowania, warto zastosować w drukarce 3D właśnie filament ABS. Podczas wykonywania wydruków należy zwrócić szczególną uwagę na ochronę detalu przed gwałtownym schładzaniem, ponieważ tworzywo to szybko kurczy się pod wpływem niskiej temperatury. Warto na czas druku filamentem ABS obudować drukarkę 3D osłoną utrzymującą ciepło. Po wydrukowaniu modele wykonane z ABS są odporne na niskie temperatury, sięgające nawet -20oC.

Filamenty smart ABS

Filament smart ABS do druku 3D
Filament Spectrum Smart ABS 1,75mm w kolorze Dragon Red.

Akrylonitrylo-butadieno-styren doczekał się kolejnej, udoskonalonej „wersji”. W ten sposób powstały filamenty smart ABS. Za ich stworzenie odpowiada polska marka Spectrum. Modele drukowane z użyciem filamentów smart ABS są wytrzymałe, odporne na zarysowania czy pękanie pod wpływem uderzenia. Co więcej, zmniejszona została także tendencja tworzywa do kurczenia się pod wpływem niskiej temperatury. Dzięki temu o wiele łatwiej jest utrzymać pożądane wymiary detalu wykonywanego na drukarce 3D. Powierzchnia elementów wydrukowanych z filamentów smart ABS jest gładsza niż w przypadku jego poprzednika, można zatem zrezygnować z wygładzania jej oparami acetonu (co okazywało się czasem niezbędne w przypadku filamentów ABS). Zarówno detale wykonane z „czystego” akrylonitrylo-butadieno-styrenu, jak i jego udoskonalonego następcy sprawdzają się doskonale w ruchomych mechanizmach i tych elementach konstrukcji, które narażone są na działanie różnorodnych sił.

Filamenty TPU

Filament do druku 3D
Filament Devil Design TPU 1,75mm w kolorze Aluminum (Aluminium).

Który z projektantów nie potrzebował czasem dedykowanego elementu danej konstrukcji, wykonanego z gumy? Właśnie w takich sytuacjach z pomocą przychodzi filament TPU. Jest on produkowany z termoplastycznego poliuretanu, który w dotyku przypomina właśnie gumę. Elementy wykonane na drukarce 3D z tego właśnie tworzywa można ścisnąć, a one po odkształceniu błyskawicznie powrócą do pierwotnego kształtu. Filamenty TPU mają wiele zalet: powierzchnia wykonanych z nich modeli nie ściera się i jest odporna na działanie wielu substancji chemicznych. Termoplastyczny poliuretan bardzo skutecznie wytłumia uderzenia oraz wstrząsy. Nadaje się do drukowania dedykowanych uszczelek, opon, etui na telefony, elementów narzędzi itp.

Filamenty PETG

Filament do druku 3D
Filament Devil Design PETG 1,75mm w kolorze Ocean Blue.

Materiałem do produkcji filamentów PETG jest politereftalan etylenu. To termoplastyczne tworzywo jest wodoodporne, niepodatne na zarysowania i sztywne. Wydrukowane z niego elementy mają gładką, błyszczącą powierzchnię. Korzystanie z filamentów PETG w drukarkach 3D jest dosyć proste, dlatego z materiału tego chętnie korzystają nawet początkujący adepci druku przyrostowego. Politereftalan etylenu stosować można w wielu urządzeniach, ma on uniwersalny charakter. Brak tendencji do skurczu w wyniku obniżania się temperatury sprawia, że wydruki nie podwijają się, a modele wykonane z filamentów PETG utrzymują zadane wymiary. Materiał ten ma bardzo wszechstronne zastosowanie.

Filamenty HIPS-X

Filament do druku 3D
Filament Spectrum HIPS-X 2,85mm w kolorze Deep Black.

Obok filamentów wykorzystywanych do drukowania elementów, które następnie mają stanowić osobny detal albo też część większego mechanizmu, istnieją również materiały stosowane jako pomocnicze w bardziej zaawansowanych wydrukach. To filamenty HIPS-X produkowane z wysoko udarowego polistyrenu. Tworzywo to całkowicie rozpuszcza się w D-limonenie, zatem można stosować je w drukarkach 3D do drukowania podpór w bardziej skomplikowanych elementach. Zasadniczy detal powstaje w takim przypadku najczęściej z filamentu ABS. Po drukowaniu model zanurza się w roztworze – podpórki z filamentu HIPS-X rozpuszczają się w ciągu kilkunastu godzin, a opracowywany element z ABS pozostaje nienaruszony.

Filamenty ASA

Filament 3D
Filament Devil Design ASA 1,75mm w kolorze Bright Orange.

Materiałem do produkcji filamentów ASA jest akrylonitryl-styren-akrylan. To termoplastyczne tworzywo wykazuje się bardzo dużą odpornością na warunki środowiskowe, takie jak intensywne nasłonecznienie, wiatr, wahania temperatury czy wilgoć. Dlatego elementy wykonane na drukarce 3D przy użyciu filamentu ASA mogą być montowane na zewnątrz budynków, w pojazdach, narzędziach, stacjach pogodowych czy też instalacjach OZE. Przed zastosowaniem filamentu ASA warto zwrócić uwagę na rekomendacje producenta dotyczące optymalnej temperatury druku, ponieważ między poszczególnymi produktami dostępnymi na rynku występują spore różnice.

Więcej o filamentach znajdziecie w naszej nadchodzącej serii na YouTube.

Podsumowanie

Filamenty to podstawowe materiały eksploatacyjne do drukarek 3D. Mimo zbliżonego wyglądu (włókno o średnicy najczęściej 1,75 mm), poszczególne materiały istotnie różnią się między sobą. Dobór filamentu o odpowiednich właściwościach stanowi podstawowy warunek sukcesu w druku 3D – dzięki temu wydrukowany element będzie mógł spełniać swoją funkcję dekoracyjną, użytkową lub funkcjonalną (np. w ruchomych mechanizmach). W artykule omówiliśmy najważniejsze i najpopularniejsze rodzaje filamentów. Warto jednak pamiętać, że oprócz wymienionych, na rynku znajdziemy też m.in. filamenty z włóknem węglowym lub szklanym, a nawet filamenty drewnopodobne.

Oczekujcie bardziej szczegółowych artykułów o konkretnych rodzajach filamentów wkrótce, a tymczasem zapraszamy na nasze profile społecznościowe i YouTube. 😉

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Marcin Lesiński

Marcin Lesiński

Miłośnik elektroniki, druku 3D i nauk stosowanych, swoją wiedzę gromadzi od 14-tego roku życia. W Botlandzie tworzy projekty i poradniki dla klientów, a w wolnym czasie zajmuje się automatycznymi uprawami i prototypowaniem. Fan muzyki rockowej i brytyjskiego kina.
Marcin Lesiński

Marcin Lesiński

Miłośnik elektroniki, druku 3D i nauk stosowanych, swoją wiedzę gromadzi od 14-tego roku życia. W Botlandzie tworzy projekty i poradniki dla klientów, a w wolnym czasie zajmuje się automatycznymi uprawami i prototypowaniem. Fan muzyki rockowej i brytyjskiego kina.

Zobacz więcej:

Ciekawostki
Anna Wieczorek

Formowanie próżniowe

Brzmi poważnie? Formowanie próżniowe, inaczej termoformowanie, to nie tylko przemysł! Przyglądamy się temu, czym jest ten proces i jakie mogą być jego zastosowania w domu.

Dodaj komentarz