Помимо классических, композиционных и специальных инженерных полимеров, используемых в 3D‑печати, существует еще одна интересная категория – полиамиды. Эти термопласты, более известные под коммерческим наименованием «нейлон», заслужили большое признание у опытных специалистов аддитивного производства.
Полиамиды в различных своих видах и модификациях обладают широким спектром уникальных свойств, благодаря которым можно получать как прочные и жесткие, так и гибкие детали, а также добиться уникальной термической и химической стойкости. А некоторые полиамиды удивительно приятны на ощупь, за что их полюбили и дизайнеры.
Вы читаете сокращенный вариант статьи. Полностью материал доступен в нашем блоге
Что такое полиамиды
Полиамиды – большой класс длинноцепных полимеров, содержащих амидные группы. Эти материалы можно встретить в природе (например, шерсть или шелк), однако в промышленном производстве используются синтетические составы, получившие общепринятое название «нейлоны» (nylon).
В сфере аддитивных технологий полиамиды используются не только в виде филаментов или гранул для FDM‑принтеров, но и активно применяются в порошковой печати – в технологиях SLS или MJF. Разберем особенности нейлонов и технологического процесса печати, а также посмотрим, какие изделия можно из них напечатать.
Характеристики и преимущества
Полиамиды чаще всего встречаются в белом, бежевом или черном цвете, а их механические характеристики зависят от габаритов детали. Так, тонкие объекты гибкие и прочные, а крупные и толстые обладают хорошей жесткостью. Семейство этих материалов устойчиво к перепадам температур и выдерживает высокие кратковременные нагревы, обладает стойкостью к химикатам и ультрафиолету.
Нейлоны обладают низким коэффициентом трения и так называемым самосмазыванием – как следствие, демонстрируют уникальную износостойкость и идеально подходят для печати шестерней или других подвижных частей механизмов.
Эта категория термопластов имеет высокую температуру плавления, что делает их отличной альтернативой металлу для изделий, используемых при высоких температурах (к примеру, под капотом автомобиля).
Полиамид за счет своей структуры приятен на ощупь и превосходит по тактильным ощущениям остальные пластики, поэтому активно используется в создании декора и даже элементов одежды и аксессуаров. Так, студия Nervous System представила в 2014 году настоящее платье, распечатанное на 3D‑принтере.
Нейлон подвергается покраске, практически не требует постобработки (если речь идет о технологии FDM), а также подвергается переработке. К плюсам можно отнести их довольно низкую стоимость. А вот процесс FDM‑печати весьма сложный, полиамиды капризны.
Каковы недостатки нейлона
- Полиамиды исключительно гигроскопичны, что затрудняет их использование, в частности, при отрицательных температурах.
- Несмотря на высокую температуру плавления, нейлон плохо переносит воздействие открытого пламени. Это материал, который легко воспламеняется и быстро сгорает.
Ультрафиолетовое излучение, особенно от прямых солнечных лучей, также может нанести вред нейлону. Поэтому перед литьем под давлением материал часто обрабатывают УФ‑стабилизатором.
Виды и модификации
Наиболее популярными полиамидами, применяемыми в 3D‑печати, являются полиамид 6 (он же ПА6, PA6, нейлон 6, капролон, капрон) и полиамид 6.6 (PA66, нейлон 66, nylon), которые обладают почти всеми характеристиками, описанными выше.
Существуют также не столь распространенные разновидности, такие как полиамид 11 (отличается повышенной пластичностью) или полиамид 12 (менее гигроскопичен).
На основе PA6, PA66 и PA12 создаются композитные модификации с добавлением стекло- и углеволокна (PA‑GF и PA‑CF соответственно), которые позволяют повысить некоторые характеристики под конкретные задачи.
PA-GF содержит частицы стекла, что повышает его модуль упругости при изгибе и термостойкость (до 110 °C). Также материал демонстрирует более высокую жесткость и исключительную долговременную износостойкость. По сравнению с другими нейлонами ударная вязкость и прочность на разрыв у PA-GF ниже за счет наличия стеклянной составляющей.
Композит PA‑CF – один из самых прочных термопластов для 3D‑печати, его основные компоненты – PA6, PA12 и углеродное волокно. Если PA6 способствует повышению жесткости, прочности и термостойкости, то PA12 помогает минимизировать водопоглощение. Даже после впитывания воды угленаполненный полиамид сохраняет свои механические свойства. Кроме того, применение PA‑CF дает возможность снизить вес напечатанной модели без потери физико-механических свойств.
Где применяются полиамиды
- Высокое качество полиамидов делает их отличным материалом для производства зубчатых колес, компонентов автомобилей и авиакосмической техники, робототехники, медицинских протезов, пресс-форм для литья под давлением.
- Нейлон используется для армирования резиновых изделий, например автомобильных шин, а также литых деталей в машиностроении.
- Нередко может служить заменой металлам с низкой прочностью.
- Благодаря своей прочности, термостойкости и химической совместимости материал является наиболее предпочтительным пластиком для деталей моторных отсеков автомобилей.
- Часто используется в зубчатых передачах, втулках и пластиковых подшипниках благодаря присущим ему свойствам низкого трения.
- За счет биосовместимости полиамиды могут применяться для изготовления деталей, соприкасающихся с пищевыми продуктами (за исключением содержащих алкоголь).
- Высокие показатели по другим механическим, химическим и термическим свойствам обуславливают применение нейлона для создания деталей, которые могут подвергаться интенсивному износу.
- И наконец, как уже было сказано, полиамиды имеют очень приятный feel и поэтому успешно применяются в решении дизайнерских задач.
И это еще не всё! В полной версии статьи, опубликованной в блоге iQB Technologies, вы также узнаете, каковы возможности и особенности печати полиамидами на FDM- и SLS-принтерах.