Materiały do druku, dla których przeznaczona jest drukarka 3D.
Większość nowoczesnych technologii druku 3D (patrz wyżej) wymaga użycia więcej niż jednego materiału, a materiały te różnią się znacznie właściwościami. Dlatego wybór materiałów jest ograniczony nie tylko technologią, ale także możliwościami konkretnej drukarki, a tego parametru nie można pominąć przy wyborze. Dziś można znaleźć głównie urządzenia przeznaczone do takich materiałów (alfabetycznie): Tworzywo
ABS,
ASA,
Flex,
HIPS,
Nylon,
PETG,
PLA,
PP,
PVA,
SBS,
Drewno,
żywica fotopolimerowa. Osobną kategorię reprezentują drukarki 3D do żywności, które umożliwiają tworzenie rzeźb z czekolady, śmietany itp.
Oto opis najczęściej występujących w naszych czasach materiałów (zarówno wspomnianych powyżej, jak i kilku innych):
- ABS. Jeden z najczęstszych rodzajów tworzyw termoplastycznych w naszych czasach; popularna również w druku 3D. Przy niskich kosztach ABS jest bardzo praktyczny: gotowe produkty są trwałe, dość odporne na odkształcenia i wstrząsy, niewrażliwe na wilgoć i wiele agresywnyc
...h cieczy (zasady, oleje, duża ilość detergentów); mają również dobry zakres temperatur pracy (średnio od -40 do 90°C). A do stopienia takiego plastiku wymagane są stosunkowo niskie temperatury. ABS ma trzy główne wady. Po pierwsze to wrażliwość na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, szybkie zużycie w takich warunkach (choć wszystko zależy od konkretnego gatunku). Po drugie, materiał ten podczas podgrzewania wydziela szkodliwe opary - dlatego podczas pracy wskazane jest stosowanie środków ochronnych, a przynajmniej zapewnienie skutecznej wentylacji pomieszczenia. Po trzecie ABS ma tendencję do mocnego przyklejania się do stołu drukarskiego, co wymaga stosowania różnych dodatkowych sztuczek – podgrzewania stołu, używania specjalnej taśmy termicznej itp. Zauważamy również, że gotowe produkty z tego materiału mają chropowatą powierzchnię, ale to może być również zaletą - w zależności od sytuacji.
- PLA. Kolejny popularny materiał do druku 3D, bezpośredni konkurent ABS. Jedną z kluczowych zalet PLA jest uważana za „naturalność” i bezpieczeństwo dla środowiska: jest wykonana z materiałów roślinnych (głównie kukurydzy i trzciny cukrowej), jest biodegradowalna i bezpieczna podczas nagrzewania. Ponadto ten rodzaj tworzywa termoplastycznego ma niższą temperaturę topnienia i prawie nie przykleja się do stołu. Z drugiej strony wadą wspomnianej przyjazności dla środowiska jest ograniczona żywotność: tworzywo sztuczne PLA rozkłada się dość szybko (od kilku tygodni do kilku lat, w zależności od odmiany). Inne godne uwagi wady to cena (prawie dwa razy wyższa niż ABS) i kruchość (co utrudnia drukowanie - mocno zagięta nić łatwo się łamie). Należy również pamiętać, że ten rodzaj plastiku nie rozpuszcza się w acetonie i wymaga innych rozpuszczalników.
- Żywica fotopolimerowa. Materiał używany do druku w technologiach SLA i DLP (patrz „Technologia druku”), a także rozprowadzany w drukarkach MJM, gdzie praktycznie zastąpił tworzywa termoplastyczne. Nazwa wynika z tego, że w stanie początkowym taki materiał ma płynną konsystencję, twardnieje (polimeryzuje) pod wpływem intensywnego oświetlenia. Obecnie istnieje szeroka gama żywic fotopolimerowych, różniących się właściwościami technologicznymi (lepkość, szybkość krzepnięcia, wrażliwość na światło) i właściwościami praktycznymi (zestalony fotopolimer może mieć właściwości różnych materiałów). W każdym razie drukowanie przy użyciu takich materiałów jest bardzo dokładne, ale fotopolimery są znacznie droższe niż termoplasty.
- Nylon (nylon). Nylon jest stosunkowo nowy w druku 3D, dlatego jest mniej powszechny niż inne popularne tworzywa termoplastyczne. W porównaniu do ABS materiał ten wymaga wyższych temperatur, emituje więcej szkodliwych substancji, a po wykończeniu ma tendencję do gromadzenia wilgoci i utraty wytrzymałości, co stawia pewne ograniczenia w jego stosowaniu. Z drugiej strony produkty nylonowe nie są tak twarde, co w niektórych przypadkach jest zaletą – szczególnie w zastosowaniach medycznych: z takiego materiału można drukować szyny i protezy o charakterystycznej strukturze siatki, łączące w sobie lekkość i wytrzymałość.
A oto szczegółowy opis pozostałych, rzadszych materiałów:
- JAK. Materiał odporny na warunki atmosferyczne, zaprojektowany w celu wyeliminowania głównej wady ABS - wrażliwości na wpływy środowiska (zwłaszcza światło słoneczne). Rezultatem jest dość mocny i wytrzymały materiał, który jednocześnie jest dość łatwy w druku i nie traci swoich właściwości po dłuższej ekspozycji na świeżym powietrzu. Produkty ASA nadają się nawet do zastosowań motoryzacyjnych; Kolejną zaletą tego rodzaju tworzywa termoplastycznego jest bardzo niski skurcz przy chłodzeniu. Wady obejmują wyższy koszt niż ABS.
- Flex. Rodzaj termoplastu na bazie poliuretanu, którego główną cechą jest elastyczność i sprężystość gotowych wyrobów – stąd nazwa. Pod względem właściwości Flex jest często porównywany do litego silikonu: nie boi się wstrząsów, niewrażliwy na olej, benzynę i wiele innych agresywnych cieczy, odporny na zużycie i trwały (poza tym, że temperatura robocza dla gotowych produktów tego typu plastiku to średnio do 100°C). Ten materiał jest całkiem odpowiedni do druku FDM (patrz „Technologia drukowania”), jednak wymaga specjalnych ustawień; dlatego najlepiej jest wybrać drukarki do użytku z Flex-plastikiem, gdzie zgodność z nim jest wyraźnie podana.
- BIODRA. Materiał stosowany jako materiał pomocniczy - do tworzenia podpór pod podwieszone części. Kompatybilność HIPS może oznaczać, że drukarka ma więcej niż jeden ekstruder: jedna dysza podaje w takich przypadkach materiał bazowy, druga podaje materiał podporowy. Istnieją jednak również modele na jedną dyszę, które są kompatybilne z tego rodzaju tworzywem – w nich naprzemiennie odbywa się druk podpór i głównego produktu. Jednak po wydrukowaniu podpory HIPS można usunąć za pomocą specjalnego rozpuszczalnika. Pod tym względem ten rodzaj tworzywa termoplastycznego jest nieco trudniejszy w użyciu niż PVA, który jest podobny w użyciu (patrz poniżej), który rozpuszcza się w zwykłej wodzie; z drugiej strony zwykły kwas cytrynowy może być stosowany jako rozpuszczalnik HIPS, a odporność na wilgoć ułatwia przechowywanie materiałów eksploatacyjnych. Należy również pamiętać, że zaleca się stosowanie tego materiału wyłącznie w połączeniu z ABS: ten ostatni ma podobne wymagania dotyczące trybu drukowania i nie jest uszkadzany przez rozpuszczalniki HIPS.
- PETG. Istnieją również oznaczenia PET, PETT. Są to wszystkie odmiany tego samego materiału: PET to oryginalny polietylen, PETG jest uzupełniony glikolem, aby zmniejszyć kruchość i ułatwić drukowanie (co czyni go najpopularniejszą odmianą w drukarkach 3D), a PETT jest przezroczysty i zauważalnie sztywniejszy niż PETG. W każdym razie, pod względem swoich głównych cech, tego typu tworzywa termoplastyczne są skrzyżowaniem popularnego ABS i PLA: są łatwiejsze w użyciu niż pierwsza opcja i bardziej plastyczne niż druga. Główne wady PETG to skłonność do gromadzenia się wilgoci (pod tym względem materiał ten jest podobny do nylonu) oraz mniejsza odporność na zarysowania niż ten sam ABS.
- PP. Polipropylen jest bardzo popularny w różnych wyrobach z tworzyw sztucznych, jednak nie zyskał dużej popularności w druku 3D, głównie ze względu na znaczny skurcz i trudności w zapewnieniu wymaganej jakości połączenia między warstwami. Ponadto PP źle toleruje niskie temperatury. Jednocześnie materiał ten ma również zalety: jest odporny na ścieranie, ma dobre wskaźniki wytrzymałości, a także jest bezpieczny w produkcji i chemicznie obojętny.
- PVA. Materiał znany wielu jako klej biurowy PVA. W druku 3D stosuje się go w drukarkach jako dodatkowy, podobny do opisanego powyżej HIPS: podpory i inne elementy pomocnicze są drukowane z PVA, które należy usunąć z gotowego produktu. Co więcej, materiał ten ma dwie ważne zalety w stosunku do HIPS. Po pierwsze, PVA jest rozpuszczalny w wodzie, co eliminuje potrzebę szukania specjalnych rozpuszczalników. Po drugie, może być stosowany nie tylko z ABS, ale także z innymi tworzywami termoplastycznymi. Główna wada tego materiału jest ponownie związana z jego rozpuszczalnością w wodzie: PVA należy przechowywać w możliwie suchych warunkach, ponieważ nawet wysoka wilgotność powietrza może pogorszyć jego właściwości.
- SBS. Stosunkowo nowy rodzaj tworzywa termoplastycznego, którego główną cechą jest przezroczystość: SBS może być używany do tworzenia produktów, które zewnętrznie są prawie nie do odróżnienia od szkła (w tym malowane na różne kolory). Dodatkowo materiał ten jest bardziej elastyczny i elastyczny niż ABS, co jest zaletą zarówno w gotowych produktach, jak i w procesie drukowania: filament wchodzący do ekstrudera nie pęknie nawet przy silnym załamaniu lub znacznym rozciągnięciu. Siła SBS jest dość wysoka, a ze względu na swoją obojętność chemiczną nadaje się nawet do przyborów spożywczych. Głównymi wadami tego materiału są dość wysoka temperatura druku i niska przyczepność między warstwami, co komplikuje proces.
- Drewno. Rodzaj plastiku PLA (patrz wyżej), który zawiera drobny pył drzewny. Dzięki temu produkty wykonane z takiego materiału są bardzo podobne do dotyku drewna, a na zewnątrz mogą być praktycznie nie do odróżnienia. Kolejną ciekawostką jest to, że zmieniając temperaturę ekstrudera można zmienić odcień materiału: zwiększone nagrzewanie prowadzi do ciemnienia drewna zawartego w kompozycji. Główne właściwości drewna są podobne do PLA, ale ilość trocin może być inna; im wyższy, tym produkt końcowy bliżej drewna, ale mniejsza jego elastyczność i wytrzymałość. Właściwie jedną z wad tego materiału jest jego stosunkowo niska wytrzymałość. Należy również pamiętać, że Wood jest słabo kompatybilne z wąskimi dyszami (mają tendencję do zapychania się cząstkami drewna).
- PC. Poliwęglan jest jednym z najpopularniejszych tworzyw sztucznych na świecie oraz jednym z najmocniejszych i najbardziej niezawodnych materiałów stosowanych w druku 3D. Oprócz wytrzymałości mechanicznej jest odporny na ciepło. Z drugiej strony temperatura druku również musi być dość wysoka i musi być dokładnie kontrolowana ze względu na znaczny skurcz; a ze względu na higroskopijność materiału podczas pracy konieczne jest również utrzymanie niskiej wilgotności. Wszystko to znacznie komplikuje druk, dlatego poliwęglan jest rzadko używany w tym formacie.
- PC / ABS. Mieszanka dwóch tworzyw sztucznych zaprojektowana tak, aby poliwęglan był bardziej drukowalny w 3D przy jednoczesnym zachowaniu jego podstawowych zalet. Produkty wykonane z tego materiału są trwałe, wytrzymałe, odporne na wstrząsy i ciepło; a procedura drukowania, chociaż dość skomplikowana, jest nadal znacznie prostsza niż w przypadku czystego komputera.
- Węgiel (włókno węglowe). Materiał kompozytowy na bazie włókien węglowych uzupełniony wypełniaczem termoplastycznym – najczęściej nylonem, choć można stosować inne rodzaje plastiku 3D (ABS, PLA itp.). Specyficzne właściwości takiego materiału zależą od składu wypełniacza i procentowej zawartości włókien, ale istnieją pewne ogólne cechy. Z jednej strony taki materiał jest dość drogi, ale jednocześnie jest trwalszy i bardziej niezawodny niż odpowiedni tworzywo sztuczne bez włókna węglowego; Wiele odmian węgla jest z powodzeniem stosowanych do w pełni funkcjonalnych części, które pracują pod dużym obciążeniem. Dodatkowo włókno węglowe nadaje materiałowi elastyczność. Z drugiej strony drukowanie wymaga specjalnych dysz o dużej twardości – ze stali nierdzewnej lub z rubinową końcówką; bardziej miękkie materiały ścierają się szybko ze względu na właściwości ścierne włókna węglowego.
- TPU. Materiał z klasy tzw. elastomerów plastycznych na bazie poliuretanu. Od innych materiałów tej samej klasy różni się z jednej strony większą sztywnością, z drugiej wytrzymałością i odpornością na niskie temperatury. Jednocześnie TPU jest dość elastyczne i elastyczne w porównaniu z ogólnie termoplastycznymi tworzywami sztucznymi, a nie tylko z poliuretanowymi elastomerami z tworzyw sztucznych.
- ZAJRZYJ. Tworzywo termoplastyczne typu semikrystalicznego, charakteryzujący się dużą wytrzymałością, odpornością na wpływy chemiczne i termiczne oraz na ścieranie. Dzięki tym właściwościom PEEK może być stosowany w częściach narażonych na duże obciążenia - ruchomych częściach mechanicznych skrzyń biegów, a nawet częściach silników samochodowych. Z drugiej strony ogniotrwałość wymaga wysokiej temperatury podczas drukowania i zamkniętej komory termicznej, a sam materiał nie jest tani. Z tego powodu ten rodzaj termoplastu praktycznie nie jest stosowany w domowych drukarkach 3D, jego główne zastosowanie znajduje się w sferze profesjonalnej.
- HDPE. Rodzaj polietylenu, tzw. polietylen niskociśnieniowy (o dużej gęstości). Bardzo popularny materiał wśród nowoczesnych tworzyw sztucznych, stosowany w butelkach plastikowych, wielu rodzajach opakowań do żywności itp.; jednak nie jest popularny w druku 3D. Wynika to z szeregu trudności w nakładaniu warstw: HDPE twardnieje bardzo szybko, dlatego trzeba drukować z dużą prędkością - w przeciwnym razie przyczepność między warstwami może być niewystarczająca. Ponadto ten rodzaj polietylenu jest bardzo podatny na skurcz, dlatego druk wymaga równomiernego nagrzewania całego modelu – a to wymaga zamkniętej komory roboczej i podgrzewanej platformy. Z drugiej strony materiały eksploatacyjne do druku są bardzo tanie, można je uzyskać poprzez najprostszy recykling odpadów domowych (te same plastikowe butelki).
- COPET. Rodzaj polietylenu, nieco różniący się technologią produkcji od konwencjonalnego PET. Według twórców dzięki temu osiąga się wyższą niezawodność, trwałość i odporność na wpływy środowiska niż ABS, a tym bardziej PLA. Jednocześnie CoPET jest niedrogi i łatwy w użyciu, ponieważ ma dość niską temperaturę topnienia i doskonałą przyczepność między warstwami. Z drugiej strony temperatury pracy gotowych produktów są również niskie - nie więcej niż 60 ° C. Ponadto materiał ten jest trudny w obróbce końcowej i nie nadaje się do standardowych rozpuszczalników, a działające na niego rozpuszczalniki są zakazane na wolnym rynku w wielu krajach.
- POM. Materiał klasy przemysłowej charakteryzujący się wysoką wytrzymałością, niskim tarciem i odpornością na zimno. Dzięki temu z POM można drukować nawet koła zębate i inne podobne części (w tym te, które podlegają znacznym obciążeniom mechanicznym), a także elementy nośne. Z drugiej strony sama procedura drukowania jest bardzo złożona, wymagająca zamkniętej komory z ścisłą kontrolą temperatury, ponieważ materiał charakteryzuje się dużą kurczliwością. Ponadto część POM jest trudna do przymocowania do stołu roboczego ze względu na niską przyczepność: wymagany jest klej wysokiej jakości, który nie jest łatwy do znalezienia.
- Guma. Tworzywo termoplastyczne, który swoimi właściwościami przypomina gumę lub gumę i jest zbliżony do opisanego powyżej tworzywa typu FLEX. Jednak w porównaniu z „flexem” guma jest jeszcze bardziej miękka i elastyczna; jednocześnie jest wytrzymała i dobrze odporna na uszkodzenia (choć z tego samego powodu jest trudna do obróbki). Jednym z typowych przykładów zastosowania tego materiału jest druk kołowy; ponadto jest bardzo odporny na rozpuszczalniki i skutecznie wytrzymuje nawet dość agresywne środowiska, do których nie nadają się mniej odporne materiały. Do jednoznacznych wad tego rodzaju plastiku należy przede wszystkim wysoka temperatura druku.
