W miarę jak druk 3D staje się coraz bardziej powszechny i coraz bardziej złożony, opracowywane są nowe sposoby drukowania i nowe materiały stosowane w druku 3D. Wybór odpowiedniej kombinacji procesu i materiału może być zniechęcający. Niektóre części można nawet wykonać, łącząc wiele różnych materiałów. Ten artykuł ma na celu omówienie najpopularniejszych materiałów stosowanych w różnych technologiach druku 3D, ich zalet i wad oraz rodzajów zastosowań, do których najlepiej się nadają.
Popularne materiały stosowane w druku 3D w technologii FDM
Drukowanie w technologii FDM (Fused Deposition Modeling) jest idealnym wyborem dla hobbystów i przypadków, w których szybkość jest najważniejszym czynnikiem. Drukarki FDM wykorzystują podgrzewaną dyszę do topienia, a następnie wytłaczania filamentów warstwa po warstwie w celu stworzenia gotowego produktu. Materiały takie jak ABS, ASA i PLA są jednymi z najczęściej stosowanych w druku FDM.
ABS
ABS (akrylonitryl-butadien-styren) to bardzo wytrzymały i sztywny materiał. Do tego stopnia, że produkuje się z niego klocki LEGO! Jest nie tylko trwały, ale także odporny na ciepło, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań w wysokich temperaturach.
Niestety ABS jest podatny na wypaczanie lub pękanie podczas chłodzenia, dlatego należy zachować szczególną ostrożność, aby kontrolować temperaturę podczas chłodzenia. ABS wydziela również ostre, potencjalnie szkodliwe opary podczas drukowania, więc odpowiednia wentylacja jest kluczowa.
ASA
Pierwotnie opracowany jako alternatywa dla ABS, ASA (akrylowo-styrenowo-akrylonitrylowy) charakteryzuje się wyższą odpornością na promieniowanie UV i temperaturę niż ABS. Jednak właśnie ze względu na wyższą odporność na temperaturę, należy zachować ostrożność, ponieważ łatwiej może dojść do przegrzania.
ASA ma wady podobne do ABS, a mianowicie potencjalnie niebezpieczne opary podczas drukowania i ryzyko wypaczenia lub pęknięcia podczas chłodzenia. Jednak dzięki zwiększonej odporności na promieniowanie UV, ASA jest preferowany do zastosowań zewnętrznych.
PET-G
Tworzywo PET-G (poli tereftalan etylenu z domieszką glikolu) to rodzaj termoplastycznej żywicy, która jest wyjątkowo odporna na uderzenia i wyginanie, co czyni ją idealną do zastosowań, gdzie wymagana jest wytrzymałość mechaniczna. Jest to również transparentne, co sprawia, że jest często stosowane w produkcji przezroczystych elementów, takich jak opakowania czy części maszyn. Dodatkowo, PET-G cechuje się dobrą odpornością chemiczną i jest stosunkowo łatwe w obróbce, co sprawia, że jest popularnym wyborem w przemyśle.
PLA
PLA (kwas polimlekowy) jest powszechnie stosowanym materiałem w domowym druku 3D. Jest tani, może być drukowany w niskiej temperaturze, a nawet pochodzi z upraw takich jak trzcina cukrowa i kukurydza, dzięki czemu jest biodegradowalny.
Najczęstszym problemem związanym z PLA jest sączenie się lub nitkowanie podczas drukowania, ze względu na niską odporność na temperaturę. Można to zniwelować poprzez szybkie schłodzenie i zastosowanie odpowiedniej temperatury dyszy.
Popularne materiały stosowane w druku 3D w technologii SLS
Druk SLS (selektywne spiekanie laserowe) wykorzystuje laser do łączenia materiału drukarskiego warstwa po warstwie. Jego głównym zastosowaniem są aplikacje przemysłowe, ze względu na wyższe koszty operacyjne i duże rozmiary drukarek SLS. Najpopularniejszym materiałem używanym do SLS jest nylon, ale inne materiały, takie jak PP i TPE, również znajdują pewne zastosowanie.
Nylon
Nylon jest najbardziej znany ze swojej elastyczności i wytrzymałości. Ze względu na te cechy jest wykorzystywany w szerokiej gamie zastosowań. Może być nawet używany jako materiał do „ciągnięcia na zimno”, który pomaga usuwać zanieczyszczenia z dyszy drukarek FDM.
Największą wadą nylonu jest jego tendencja do wchłaniania wody, co powoduje defekty podczas procesu drukowania. Filamenty nylonowe muszą być przechowywane w hermetycznych pojemnikach i nie nadają się do zastosowań w wilgotnym środowisku.
PP
PP (polipropylen) to kolejny popularny materiał SLS, choć znacznie mniej popularny niż nylon. Jego największą zaletą w porównaniu z innymi materiałami jest wysoka odporność na zmęczenie, idealna do zastosowań o niskiej wytrzymałości i wysokiej powtarzalności.
Jednym z czynników uniemożliwiających szersze zastosowanie PP jest jego silne wypaczanie podczas chłodzenia. Jest to również jeden z droższych materiałów do druku, co jeszcze bardziej ogranicza jego zastosowanie.
TPE
TPE (termoplastyczny elastomer) to gumopodobny materiał o wysokiej elastyczności. Można go rozciągać i ściskać bez utraty pierwotnego kształtu, dzięki czemu idealnie nadaje się do tłumienia drgań i zapewniania odporności na uderzenia.
Wiele różnych materiałów wchodzi w skład większego parasola TPE, takich jak TPU (termoplastyczny poliuretan) i TPA (termoplastyczne poliamidy). Ogólnie rzecz biorąc, materiały te są podobne, wszystkie charakteryzują się wysoką elastycznością i możliwością recyklingu poprzez formowanie i wytłaczanie.
Popularne materiały stosowane w druku 3D w technologii SLA
Jeden z najstarszych procesów druku 3D, SLA (stereolitografia), wykorzystuje określone długości fal świetlnych do utwardzania płynnej żywicy w ciało stałe. Wszystkie drukarki SLA wykorzystują żywicę do drukowania, ale istnieje wiele różnych rodzajów żywicy, w tym żywica standardowa, przezroczysta i twarda. Wszystkie żywice do druku 3D są toksyczne w postaci płynnej, dlatego należy zachować szczególną ostrożność podczas obchodzenia się z nimi.
Żywice
Wszystkie żywice do druku 3D mają pewne wspólne cechy. Są sztywne/kruche po utwardzeniu, oferują gładkie wykończenie powierzchni podobne do części formowanych wtryskowo i mogą obsługiwać wysoki poziom szczegółowości w samej części. Nie można ich również pozostawiać na zewnątrz lub w bezpośrednim świetle słonecznym, ponieważ promieniowanie UV może zmienić właściwości żywicy, czyniąc ją bardziej kruchą i podatną na pękanie.
Żywica standardowa
Najpowszechniej dostępna i najtańsza opcja żywicy. Stosuje się ją w większości obiektów drukowanych metodą SLA. Dostępne są różne warianty standardowej żywicy, przy czym kolor zazwyczaj oznacza konkretne właściwości żywicy.
Przezroczysta żywica
Przezroczysta żywica różni się od standardowej tym, że – TAK – jest przezroczysta! Mechanicznie jest prawie taka sama jak żywica standardowa, ale może osiągnąć prawie całkowitą przezroczystość przy odpowiedniej obróbce końcowej. Dzięki temu idealnie nadaje się do rur świetlnych, soczewek, urządzeń płynowych itp.
Twarda żywica
Żywica twarda to niezwykle trafna nazwa. Jest ona bowiem idealne do zastosowań wymagających dużych obciążeń, do których standardowa żywica nie byłaby odpowiednia. Czasami określa się ją również jako żywica podobna do ABS, ponieważ ma porównywalną wytrzymałość i elastyczność do ABS.
Popularne materiały podporowe stosowane w druku 3D
Podczas drukowania w technologii FDM, podpory są często niezbędne do zapewnienia integralności strukturalnej. Podpory te nie mogą być wykonane z tego samego materiału, co rzeczywista część, ponieważ nie byłoby łatwego sposobu na ich oddzielenie. Dlatego też niektóre materiały opracowano do stosowania prawie wyłącznie jako podpory w drukowanych częściach, chociaż mają one pewne zastosowanie jako zwykły materiał do drukowania.
HIPS
HIPS (polistyren wysokoudarowy) najczęściej używamy z ABS ze względu na podobne właściwości druku. Usunięcie go z części jest łatwe, ponieważ HIPS rozpuszcza się w d-limonenie, pozostawiając jedynie samą część.
HIPS, podobnie jak ABS, ma wysoką temperaturę druku. Najlepszym sposobem na utrzymanie wysokiej temperatury wymaganej w całym procesie drukowania byłaby komora grzewcza lub podgrzewane łoże w połączeniu z zamkniętą przestrzenią. Inną kwestią związaną z HIPS jest odpowiednia wentylacja, ponieważ podczas drukowania uwalnia toksyczne opary.
PVA
PVA (alkohol poliwinylowy) jest rozpuszczalnym w wodzie materiałem podporowym. Łatwość usuwania podpór PVA sprawia, że są one idealne do szczególnie złożonych części, gdzie inne materiały podporowe mogą być zbyt trudne do usunięcia. PVA możemy również używać do szybkiego prototypowania.
Rozpuszczalność w wodzie jest również wadą PVA. Należy zachować szczególną ostrożność, aby zapobiec wchłanianiu wody z atmosfery, więc hermetyczne przechowywanie jest koniecznością. PVA jest również drogie, więc należy podjąć kroki w celu zminimalizowania ilości użytego materiału, jeśli to możliwe.
Druk 3D jest niezwykle rozbudowaną i złożoną branżą, a pojedynczy artykuł nie jest w stanie omówić wszystkich dostępnych materiałów. Mamy jednak nadzieję, że tym tekstem rzuciliśmy nieco światła na bardziej powszechne materiały stosowane w druku 3D.
Chcesz kupić materiały do druku 3D? Skontaktuj się z nami!
Jeśli wiesz, czego potrzebujesz – sprawdź nasz sklep z materiałami do druku 3D!
A może chcesz wydrukować coś samodzielnie, ale nie masz dostępu do drukarki 3D? igus oferuje usługę druku 3D, która wykorzystuje nasze wysokowydajne materiały iglidur® do druku 3D.
Jeżeli nadal nie znalazłeś odpowiedzi na pytania dotyczące tego, który materiał jest najlepszy dla Twojego zastosowania, napisz do naszego eksperta. Michał Sędrowski (msedrowski@igus.net) rozwieje wszystkie Twoje wątpliwości.
