Руководство по 3D-печати. Материалы: пластики.

Пластик-это материал, изготовленный из синтетических или полусинтетических соединений, который обладает свойством быть податливым (способным изменять свою форму). Большинство пластмасс на рынке являются полностью синтетическими (чаще всего получаемыми из нефтехимических продуктов). Однако, учитывая растущую экологическую озабоченность, 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 AM также очень популярны пластмассы для 3D-печати.

В следующем руководстве мы рассмотрим наиболее распространенные виды 3D - печати пластмасс. Как вы, наверное, знаете, самый популярный и доступный процесс 3D-печати, FDM, производит детали путем экструзии пластиковых нитей. Однако точность на машинах FDM не такая же, как у других процессов AM, таких как SLS или SLA. Пластмассы часто используются с этой технологией для создания прототипов. Поэтому для промышленных и конечных деталей производители могут выбрать технологии SLS (с использованием пластиковых порошков) или SLA (с использованием пластиковых смол), которые обеспечивают большую точность и качество деталей. Две другие технологии, которые могут печатать с помощью пластмасс, - это Струйная обработка материалов и Мультиструйное слияние.

Какие пластмассы можно использовать в аддитивном производстве? В форме нити или порошка пластик должен расплавиться, чтобы сформировать объект, который вы печатаете слой за слоем. В форме смолы он должен затвердеть, чтобы сформировать объект. Каждый пластик потребует различных параметров 3D-печати в процессе строительства и придаст деталям различные свойства.

3D-печать Пластмасс: Всестороннее руководство

ABS

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

ABS используется в 3D-печати при нагреве от 230ºC до 260ºC. Это прочный материал, способный легко выдерживать температуру от-20оС до 80оС. В дополнение к своей высокой прочности, он является многоразовым материалом и может быть сварен с помощью химических процессов. Однако АБС не поддается биологическому разложению и сжимается при контакте с воздухом, поэтому печатная платформа должна быть нагрета, чтобы предотвратить деформацию. Кроме того, рекомендуется использовать 3D-принтер с закрытой камерой для ограничения выбросов частиц при печати с помощью ABS. Подробнее о ПРЕССЕ читайте в нашем специальном руководстве.

PLA

Известный как полимолочная кислота, или PLA, этот материал обладает тем преимуществом, что он биоразлагаем, 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 немного сжиматься после 3D-печати. При печати в PLA вам не требуется нагреваемая платформа, в отличие от ABS. PLA также печатает при более низкой температуре, чем AS, от 190oC до 230oC.

PLA-более сложный материал для манипулирования из-за его высокой скорости охлаждения и затвердевания. Важно также отметить, что модели могут ухудшаться при контакте с водой. Тем не менее, материал последователен, прост в использовании и поставляется в широком разнообразии цветов, что делает его подходящим для 3D-печати FDM. Узнайте больше об ИГРЕ в нашем специальном руководстве.

ASA

ASA-это материал, который имеет сходные свойства с ABS, но обладает большей устойчивостью к ультрафиолетовым лучам. Как и в случае с АБС, рекомендуется печатать материал с помощью нагреваемой платформы кровати, чтобы предотвратить деформацию. При печати с AS A используются аналогичные настройки печати для ABS, но необходимо соблюдать особую осторожность при печати с закрытой камерой из-за выбросов стирола.

PET

Полиэтилентерефталат, или ПЭТ, обычно встречается в одноразовых пластиковых бутылках. ПЭТ - это идеальная нить накала для любых кусочков, предназначенных для контакта с пищей. Кроме того, материал довольно жесткий и обладает хорошей химической стойкостью. Чтобы получить наилучшие результаты при печати с ПЭТ, печатайте в диапазоне 75 – 90ºC. ПЭТ обычно продается в виде полупрозрачной нити накала, а также продаются такие варианты, как PETG, PETE и PETE. 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 PLA 3D-печати, 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, его хрупкость. 

Polycarbonate (PC)

Поликарбонат (ПК) - это высокопрочный материал, предназначенный для инженерных применений. Материал обладает хорошей термостойкостью, способной противостоять любой физической деформации примерно до 150ºC. Однако ПК склонен поглощать влагу из воздуха, что может повлиять на производительность и сопротивление печати. Поэтому ПК должен храниться в герметичных контейнерах. ПК высоко ценится индустрией AM за свою прочность и прозрачность. Он имеет гораздо меньшую плотность, чем стекло, что делает его особенно интересным для проектирования оптических деталей, защитных экранов или декоративных объектов

High Performance Polymers (PEEK, PEKK, ULTEM)

Эволюция технологий 3D-печати привела к обширным исследованиям печатных материалов, позволившим разработать целый ряд высокоэффективных нитей с механическими характеристиками, аналогичными металлическим. Существует несколько типов высокоэффективных 3D-печатных пластиков, таких как PEEK, PEKK или ULTEM – они различаются по семейству таких как полиарилэфиркетоны (PAEK) или полиэфиримиды (PEI). Эти нити обладают очень высокой механической и термической стойкостью, очень прочны и в то же время значительно легче некоторых металлов. Эти свойства делают их очень привлекательными в аэрокосмическом, автомобильном и медицинском секторах.

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 температуры не менее 230°C, экструзию при температуре 350°C и закрытую камеру. Сегодня около 65% этих материалов печатаются по технологии FDM, но они также встречаются в порошковой форме, совместимой с технологией SLS. Узнайте больше в наших специальных руководствах по PEEK и PEKK.

Polypropylene (PP)

Полипропилен - это еще один термопластик, широко используемый в автомобильной промышленности, профессиональном текстильном секторе и в производстве сотен предметов повседневного обихода. ПП 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. Благодаря этому несколько производителей разработали альтернативные типы ПП, похожие на пропилен, которые являются более прочными как физически, так и механически.

Nylon

Предметы, изготовленные из полиамидов (нейлона) , обычно создаются из мелкого белого гранулированного порошка по технологии SLS. Однако существуют некоторые варианты материала, такие как нейлон, которые также доступны в нитях, используемых в моделировании плавленого осаждения (FDM). Благодаря своей биосовместимости полиамиды могут быть использованы для создания деталей, контактирующих с пищевыми продуктами (за исключением продуктов, содержащих алкоголь).

Полиамиды, состоящие из полукристаллических структур, 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 секторах и обеспечивает высокий уровень детализации. Благодаря своему высокому качеству полиамиды используются в производстве зубчатых колес, деталей для аэрокосмического рынка, автомобильного рынка, робототехники, медицинских протезов и пресс-форм для литья под давлением. Вы можете узнать больше в нашем специальном руководстве по нейлону.

Composites

Композиты чрезвычайно полезны при изготовлении легких, но прочных деталей. Волокна добавляют прочность партии без добавления веса, поэтому мы также называем композиты волокнистыми армированными материалами. Существует два типа армирования: короткое волокно или непрерывное волокно. В первом случае измельченные волокна, состоящие из сегментов длиной менее миллиметра, смешиваются с традиционными 3D-печатными пластиками для повышения жесткости и в меньшей степени прочности компонентов. Измельченные волокна можно смешивать с термопластами, такими как нейлон, АБС или ПЛА.

В качестве альтернативы волокна могут быть добавлены к термопласту непрерывно, чтобы получить более прочную часть. Основным волокном, используемым в секторе 3D-печати, является углеродное волокно, но есть и другие волокна, такие как стекловолокно или Кевлар.

Hybrid Materials

Существует множество гибридных материалов, которые смешивают базовые пластмассы с порошками, чтобы придать им новый цвет, отделку или дополнительные свойства материала. Часто основанные на PLA, эти материалы обычно изготавливаются из 70% PLA и 30% гибридного материала. Например, доступны нити на основе древесины, начиная от бамбука, пробки, древесной пыли и т. Д. Эти древесные материалы, смешанные с PLA, придают гибридной нити более органическую 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.

Alumide

Изделия из алюмопластика изготавливаются из комбинации полиамида и алюминиевого порошка по технологии SLS. Материал имеет большую, слегка пористую поверхность и шероховатый, зернистый внешний вид, обладающий большой прочностью и хорошей термостойкостью (до 172°C). Однако некоторые виды постобработки необходимы, такие как шлифовка, шлифовка, нанесение покрытий или фрезерование.

Алюмид используется для сложных моделей, конструктивных деталей или для мелкосерийного производства функциональных моделей, требующих высокой жесткости и внешнего вида, сходного с алюминием. Этот метод включает в себя несколько геометрических ограничений.

Растворимые Материалы

Растворимые материалы-это материалы, напечатанные с намерением раствориться на будущей стадии производственного процесса. Двумя наиболее распространенными растворимыми нитями являются HIPS (ударопрочный полистирол) и PVA (поливинилацетат). HIPS связан с IBS и может быть растворен с лимоненом, в то время как PVA связан с PLA и может быть растворен только с помощью воды.

Существуют также нити BVOH, которые становятся все более популярными, особенно в принтерах с двойным экструдером. Это связано с тем, что материал растворим в воде и, по мнению специалистов, обладает более высокой растворимостью, чем ПВА.

Гибкие Материалы

Новый тип нитей, и один из самых успешных, - это гибкие нити. Они похожи на PLAY, но обычно сделаны из TPE или TPU. Преимущество использования этих нитей для 3D-печати заключается в том, что они позволяют создавать деформируемые объекты, широко используемые в индустрии моды. Как правило, эти гибкие нити имеют те же печатные характеристики, что и PLA, хотя они бывают различных диапазонов в зависимости от их жесткости. Стоит выяснить, какой тип экструдера лучше всего подходит к материалу, чтобы избежать замятий при 3D-печати.

Смолы (для 3D-печати на основе фотополимеризации)

Технологии 3D-печати, основанные на фотополимеризации, используют УФ-чувствительные смолы для создания объектов слой за слоем. Другими словами, они используют источник света, такой как лазер или жидкокристаллический экран, для затвердевания жидкого фотополимера. Технологии включают SLA, DLP и даже струйную обработку материалов (PolyJet). Создание деталей с использованием смол приводит к высокой детализации и гладкой поверхности объектов, тем не менее, цветовая гамма при использовании этого процесса все еще довольно ограничена. Что отличает смолы от FDM-нитей, так это то, что невозможно смешивать смолы для получения различных результатов довольно легко.

Стандартная смола имеет свойства, сходные с АБС: поверхностная отделка детали будет хорошей, учитывая процесс фотополимеризации, однако механические свойства будут умеренными. Более продвинутые смолы существуют для технических применений, таких как стоматология (также должны быть биосовместимыми) или инженерия. Кроме того, для изготовления ювелирных изделий можно использовать гибкие смолы, которые обеспечивают большую гибкость и деформацию. На протяжении многих лет производители расширяли свой ассортимент жидких фотополимеров для удовлетворения производственных потребностей различных секторов. Поэтому вы должны быть в состоянии найти смолы, которые обладают высокой термостойкостью, выдерживают большие удары или обладают высокими свойствами удлинения.