Руководство по материалам для 3D-печати: Пластмассы

10 марта 202310 мар 2023

906

9 мин

Оглавление

Какие пластмассы можно использовать в аддитивном производстве?
ABS
PLA

Пластик - это материал, изготовленный из синтетических или полусинтетических соединений, который обладает свойством быть податливым (способным изменять свою форму). Большинство пластмасс, представленных на рынке, полностью синтетические (чаще всего получаемые из продуктов нефтехимии). Однако, учитывая растущую озабоченность состоянием окружающей среды, пластмассы, полученные из возобновляемых материалов, таких как полимолочная кислота (PLA), также популярны на рынке. Благодаря своей низкой стоимости, простоте изготовления, универсальности и водостойкости пластмассы используются во множестве продуктов и отраслей. В секторе AП(аддитивного производства) пластик для 3D-печати также очень популярен.

В следующем руководстве мы рассмотрим наиболее распространенные пластмассы для 3D-печати. Как вы, возможно, знаете, самый популярный и доступный процесс 3D-печати, FDM, позволяет изготавливать детали путем экструзии пластиковых нитей. Однако точность на машинах FDM отличается от точности других процессов AП, таких как SLS или SLA. Пластмассы часто используются с помощью этой технологии для создания прототипов. Поэтому для изготовления деталей промышленного и конечного назначения производители могут предпочесть технологии SLS (с использованием пластиковых порошков) или SLA (с использованием полимерных смол), которые обеспечивают большую точность и качество деталей. Две другие технологии, которые позволяют печатать на пластмассах, - это струйная обработка материалов(MJ) и многоструйное слияние(MJF).

Какие пластмассы можно использовать в аддитивном производстве?

В виде нити филамента или порошка пластик должен расплавиться, образуя объект, который вы печатаете слой за слоем. В форме смолы она должна затвердеть, чтобы сформировать объект. Для каждого пластика в процессе изготовления потребуются разные параметры 3D-печати, что придаст деталям различные свойства.

ABS

АБС-нить - наиболее часто используемый пластик для 3D-печати. Он используется в кузовах автомобилей, бытовой техники и чехлах для мобильных телефонов. Это термопластик, который содержит основу из эластомеров на основе полибутадиена, что делает его более гибким и устойчивым к ударам. ABS также можно найти в виде порошка для процессов с порошковым покрытием, таких как SLS, и в жидкой форме для технологий SLA и PolyJet.

ABS используется в 3D-печати при нагревании от 230 ° C до 260 °C. Это прочный материал, способный легко выдерживать температуру от -20ºC до 80ºC. В дополнение к своей высокой прочности, это материал многоразового использования, который может быть сварен химическими способами. Однако АБС не поддается биологическому разложению и дает усадку при контакте с воздухом, поэтому печатную платформу необходимо нагревать, чтобы предотвратить деформацию. Кроме того, рекомендуется использовать 3D-принтер с закрытой камерой, чтобы ограничить выбросы частиц при печати с использованием ABS.

PLA

Известный как полимолочная кислота, или PLA, этот материал обладает тем преимуществом, что он поддается биологическому разложению, в отличие от ABS. PLA производится с использованием возобновляемого сырья, такого как кукурузный крахмал. PLA - один из самых простых материалов для печати, хотя он имеет тенденцию к небольшой усадке после 3D-печати. При печати на PLA не требуется платформа с подогревом, в отличие от печати на ABS. PLA также печатает при более низкой температуре, чем ABS, от 190ºC до 230ºC.

PLA является более сложным материалом для манипуляций из-за его высокой скорости охлаждения и затвердевания. Также важно отметить, что модели могут испортиться при контакте с водой. Тем не менее, материал однороден, прост в использовании и поставляется в широком разнообразии цветов, что делает его подходящим для 3D-печати FDM.

ASA

ASA - это материал, который обладает свойствами, сходными с ABS, но обладает большей устойчивостью к ультрафиолетовым лучам. Как и в случае с ABS, рекомендуется печатать на платформе с подогревом, чтобы предотвратить деформацию. При печати с использованием ASA используются настройки печати, аналогичные настройкам ABS, но при печати с закрытой камерой необходимо соблюдать особую осторожность из-за выбросов стирола.

PET

Полиэтилентерефталат, или ПЭТ, обычно встречается в одноразовых пластиковых бутылках. ПЭТ - это идеальная нить для любых изделий, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами. Кроме того, материал достаточно жесткий и обладает хорошей химической стойкостью. Для получения наилучших результатов при печати с использованием ПЭТ печатайте при температуре 75 – 90ºC. ПЭТ обычно продается в виде полупрозрачной нити филамента, также продаются такие варианты, как PETG, PETE и PETTT. Преимущества ПЭТ заключаются в том, что материал не выделяет никаких запахов при печати и на 100% пригоден для вторичной переработки.

PETG

PETG, или гликолизированный полиэстер, - это термопластик, широко используемый на рынке аддитивного производства, сочетающий в себе как простоту 3D-печати PLA, так и прочность ABS. Это аморфный пластик, который может быть переработан на 100%. Он имеет тот же химический состав, что и полиэтилентерефталат, более известный под аббревиатурой ПЭТ. Гликоль был добавлен, чтобы уменьшить его хрупкость и, следовательно, износ.

Поликарбонат (PC)

Поликарбонат (ПК) - это высокопрочный материал, предназначенный для инженерных применений. Материал обладает хорошей термостойкостью, способный противостоять любой физической деформации при температуре около 150ºC. Однако ПК склонен впитывать влагу из воздуха, что может повлиять на производительность и стойкость к печати. Поэтому ПК необходимо хранить в герметичных контейнерах. ПК высоко ценится в AП-индустрии за его прочность и прозрачность. Он имеет гораздо меньшую плотность, чем стекло, что делает его особенно интересным для изготовления оптических деталей, защитных экранов или декоративных предметов.

Высокоэффективные полимеры (PEEK, PEKK, ULTEM)

Развитие технологий 3D-печати привело к обширным исследованиям материалов для печати, позволившим разработать целый ряд высокоэффективных филаментов с механическими характеристиками, аналогичными характеристикам металлов. Существует несколько типов высокоэффективных пластиков для 3D-печати, таких как PEEK, PEKK или ULTEM – они различаются по семейству, такому как полиарилэфиркетоны (PAEK) или полиэфиримиды (PEI). Эти нити обладают очень высокой механической и термической стойкостью, очень прочны и в то же время намного легче некоторых металлов. Эти свойства делают их очень привлекательными в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях.

Из-за своих характеристик высокоэффективные полимеры не могут быть напечатаны на всех машинах FDM, представленных на рынке. Действительно, 3D-принтер должен иметь нагревательную пластину, способную достигать по крайней мере 230 ° C, экструзию при 350 ° C и закрытую камеру. Сегодня около 65% этих материалов печатаются по технологии FDM, но они также встречаются в виде порошка, совместимого с технологией SLS.

Полипропилен (PP)

Полипропилен - это еще один термопластик, широко используемый в автомобильной промышленности, профессиональном текстильном производстве и в производстве сотен предметов повседневного обихода. Полипропилен известен своей стойкостью к истиранию и способностью поглощать удары, а также относительной жесткостью и гибкостью. Однако к недостаткам материала относятся его низкая термостойкость и чувствительность к ультрафиолетовым лучам, которые могут привести к его расширению. В связи с этим несколько производителей разработали альтернативные виды полипропилена simili-propilenos, которые прочнее как физически, так и механически.

Нейлон

Предметы, изготовленные из полиамидов (нейлона,PA), обычно создаются из мелкого белого гранулированного порошка по технологии SLS. Однако существуют некоторые варианты материала, такие как нейлон, которые также доступны в виде нитей, используемых при FDM печати. Благодаря своей биосовместимости полиамиды можно использовать для создания деталей, которые контактируют с пищевыми продуктами (за исключением продуктов, содержащих алкоголь).

Состоящие из полукристаллических структур, полиамиды обладают хорошим балансом химических и механических характеристик, которые обеспечивают хорошую стабильность, жесткость, гибкость и ударопрочность. Эти преимущества означают, что материал имеет множество применений в различных отраслях и обеспечивает высокий уровень детализации. Благодаря своему высокому качеству полиамиды используются в производстве зубчатых колес, деталей для аэрокосмического рынка, автомобилестроения, робототехники, медицинских протезов и пресс-форм для литья под давлением.

Композиты

Композитные материалы чрезвычайно полезны при изготовлении легких, но прочных деталей. Волокна придают детали прочность без увеличения веса, именно поэтому мы также называем композиты материалами, армированными волокнами. Существует два типа армирования: короткое волокно или непрерывное волокно. В первом случае измельченные волокна, которые состоят из сегментов длиной менее миллиметра, смешиваются с традиционными пластиками для 3D-печати, чтобы увеличить жесткость и в меньшей степени прочность компонентов. Измельченные волокна можно смешивать с термопластами, такими как нейлон, ABS или PLA.

В качестве альтернативы волокна можно добавлять в термопласты непрерывно, чтобы получить более прочную деталь. Основным волокном, используемым в секторе 3D-печати, является углеродное волокно, но существуют и другие волокна, такие как стекловолокно или кевлар.
Катушка нити накала, усиленная углеродным волокном

Гибридные материалы

Существует множество гибридных материалов, в которых базовые пластмассы смешиваются с порошками для придания им нового цвета, отделки или дополнительных свойств материала. Часто на основе PLA, эти материалы обычно изготавливаются из 70% PLA и 30% гибридного материала. Например, доступны нити на древесной основе, начиная от бамбука, пробки, древесной пыли и многого другого. Эти материалы на основе древесины, смешанные с PLA, придают гибридной нити более органичную текстуру. Кроме того, некоторые гибридные материалы включают металлические порошки для работы с технологиями на основе FDM, чтобы придать деталям металлическую отделку. Они могут быть основаны на меди, бронзе, серебре и многом другом.