Filamenty do druku 3D dla inżynierów – praktyczny przewodnik

Filaments 3D printing engineersDruk 3D, przez ostatnią dekadę, przekształcił się z niszowej technologii prototypowania w potężne narzędzie wytwarzania, które jest teraz nieodłącznym elementem wielu dziedzin inżynierii i produkcji. Ta dynamicznie rozwijająca się metoda produkcji umożliwia szybkie i efektywne tworzenie obiektów o złożonych geometriach, które wcześniej były trudne, lub nawet niemożliwe do zrealizowania tradycyjnymi metodami.

Wybór filamentu do druku 3D jest kluczowym aspektem procesu, mającym bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne, termiczne oraz chemiczne gotowego produktu. Odpowiednio dobrany filament może znacząco zwiększyć funkcjonalność i trwałość obiektów, otwierając przed inżynierami i projektantami nowe możliwości i horyzonty w dziedzinie produkcji oraz prototypowania. Właściwości takie jak wytrzymałość, elastyczność, odporność na temperaturę czy chemikalia, są kluczowe przy wyborze odpowiedniego filamentu, dostosowanego do specyfiki projektu oraz warunków, w jakich gotowy element będzie eksploatowany.

Oto kilka propozycji filamentów do druku 3D, które powinny znaleźć się w pracowni każdego inżyniera.

Nylon z włóknem węglowym (CF)

Nylon z CF, czyli nylon wzmocniony włóknem węglowym, jest jednym z najbardziej zaawansowanych materiałów stosowanych w druku 3D w dziedzinie inżynieryjnej. Materiał ten łączy w sobie wytrzymałość i lekkość nylonu z wysoką sztywnością i odpornością termiczną zapewnianą przez wprowadzenie włókna węglowego. Wynikiem jest filament, który oferuje doskonałe właściwości mechaniczne, umożliwiając tworzenie komponentów o wysokiej wytrzymałości i sztywności przy zachowaniu niewielkiej masy. Nylon z CF jest też odporny na działanie wielu chemikaliów, co czyni go idealnym wyborem dla przemysłu chemicznego czy motoryzacyjnego.

Wskazówki dotyczące drukowania Nylonu z karbonem: Drukowanie nylonu z CF wymaga użycia podgrzewanej platformy drukującej, aby zapobiec deformacjom spowodowanym szybkim schładzaniem. Dla najlepszych rezultatów temperatura drukowania powinna wynosić od 255 do 270°C, a platformy od 90 do 110°C. Zaleca się również użycie środka adhezyjnego (np. Magigoo PA) na powierzchni stołu, aby poprawić przyczepność pierwszej warstwy. Nylon z CF jest również higroskopijny, co oznacza, że absorbuje wilgoć z otoczenia; przechowuj filament w suchym miejscu i zadbaj o odpowiednie wysuszenie przed użyciem. Suszenie Nylonu z CF najlepiej przeprowadzać w temperaturze 80°C przez 4 godziny.

Zalety Nylonu z CF:

  • Wysoka wytrzymałość mechaniczna
  • Doskonała odporność termiczna (do 160°C)
  • Odporność na zużycie

Wady Nylonu z CF:

  • Trudności z adhezją do podłoża
  • Wysoka cena
  • Wymaga użycia dyszy o podwyższonej odporności
  • Wysoka higroskopijność

Zastosowania: Optymalny dla części mechanicznych, narzędzi i komponentów w środowiskach przemysłowych.

3D print - filament Nylon PA12 + CF

Wydruk 3D – Nylon PA12 + CF

ABS (Akrylonitryl Butadien Styren)

ABS jest jednym z najpopularniejszych filamentów, często stosowany w prototypowaniu i produkcji obiektów o złożonej geometrii. Jest to termoplastyczny polimer, który oferuje dobrą wytrzymałość i elastyczność, a także możliwość łatwej obróbki po druku, takiej jak szlifowanie czy malowanie. ABS jest także odporny na działanie różnych rozpuszczalników, co zwiększa jego wszechstronność zastosowań. Jest on jednak podatny na działanie acetonu, którego można używać do wygładzania modelu lub klejenia ze sobą elementów. ABS ma tendencję do podwijania się (tzw. warpingu), czyli odkształcania się podczas druku z powodu nierównomiernego schładzania, co może wymagać użycia podgrzewanej komory druku. Wydziela także podczas druku silny zapach, dlatego wymagane jest odpowiednie wentylowanie pomieszczenia oraz stosowanie filtrów węglowych w drukarce 3D.

Wskazówki dotyczące drukowania ABS: Filament ABS zazwyczaj wymaga temperatury ekstrudera między 250 a 265°C oraz podgrzewanej platformy drukującej z temperaturą ustawioną na około 90-110°C, aby zapobiec podwijaniu się modelu. Użycie zamkniętej komory drukującej może pomóc w utrzymaniu stałej temperatury podczas druku. Dodatkowo, użycie kleju, taśmy lub innych środków adhezyjnych może pomóc w zapobieganiu problemom z przyczepnością pierwszej warstwy do podłoża.

Zalety ABS:

  • Łatwość obróbki mechanicznej i chemicznej gotowego modelu
  • Dobra wytrzymałość i elastyczność
  • Niska cena

Wady ABS:

  • Wydzielanie drażniących oparów podczas druku
  • Skłonność do podwijania się modelu

Zastosowania: Idealny do druku prototypów użytkowych, obudów elektroniki i komponentów samochodowych.

3D print - filament ABS filament

Wydruk 3D – ABS

ASA (Akrylonitryl Styren Akrylan)

Filament ASA to materiał podobny do ABS, ale przewyższa go odpornością na działanie promieni UV i warunków atmosferycznych. Dzięki tym właściwościom filament ASA jest idealnym wyborem do produkcji elementów, które będą wystawione na działanie warunków zewnętrznych, jak np. części samochodów lub maszyn przeznaczonych do pracy na zewnątrz, czy elementy wykończenia budynków. ASA zachowuje także dobre właściwości mechaniczne i podobnie jak ABS jest łatwa do obróbki. Wysoka temperatura druku i potrzeba dobrej wentylacji (ze względu na wydzielane opary) to główne wyzwania związane z używaniem tego materiału.

Wskazówki dotyczące drukowania ASA: Drukowanie filamentem ASA wymaga temperatury ekstrudera około 255-270°C i podgrzewanego stołu z temperaturą 90-110°C. Zalecane jest również korzystanie z zamkniętej komory drukującej oraz wentylacji, ze względu na wydzielane opary. Dobre przyleganie pierwszej warstwy można osiągnąć poprzez użycie środków adhezyjnych na powierzchni drukowania.

Zalety ASA:

  • Odporność na UV i warunki atmosferyczne
  • Dobra wytrzymałość mechaniczna

Wady ASA:

  • Droższy niż ABS
  • Potrzeba dobrze wentylowanego miejsca

Zastosowania: Doskonałe do zastosowań na zewnątrz, takich jak części samochodów lub maszyn czy elementy budownictwa i dekoracje.

3D print - filament ASA

Wydruk 3D – ASA

TPU/TPE (Termoplastyczny Poliuretan/Elastomer)

Filamenty TPU i TPE to elastyczne materiały do druku 3D, które cechują się wysoką giętkością i wytrzymałością na rozciąganie oraz odpornością na zgniatanie. Są one idealne do tworzenia elastycznych i trwałych elementów, takich jak uszczelki, osłony, adaptery czy elementy obuwia i odzieży. Elastyczność tych materiałów sprawia, że są one bardziej wymagające podczas druku, mogą wymagać specjalnych ekstruderów i starannego dobrania parametrów druku. Są odporne na ścieranie, ale także mogą być wrażliwe na działanie niektórych chemikaliów i rozpuszczalników. Twardość filamentów elastycznych określana jest w skali Shore zazwyczaj typu A lub D. Im niższa wartość tym filament jest miększy. Najczęściej spotykane wartości dla filamentów elastycznych TPU/TPE do druku 3D to 30-40D oraz 90-98A.

Wskazówki dotyczące drukowania: Zalecana temperatura drukowania dla TPU/TPE to 200-240°C, a prędkość drukowania powinna być niższa w porównaniu z twardymi filamentami. Stół powinien być ustawiony na temperaturę pokojową lub nieco wyższą, do około 60°C. Ze względu na elastyczność materiału, zaleca się używanie ekstrudera typu direct, aby zapobiec problemom z podawaniem filamentu.

Zalety TPU/TPE:

  • Elastyczność
  • Odporność na ścieranie
  • Odporność na promienie UV

Wady TPU/TPE:

  • Trudności z drukowaniem
  • Czasami wymaga specjalnych ekstruderów
  • Przy dłuższej ekspozycji na warunki atmosferyczne może utracić elastyczność

Zastosowania: Elementy giętkie, takie jak uszczelki, osłony, adaptery czy elementy obuwia i odzieży, elementy absorbujące uderzenia, uchwyty.

3D print - filament elastyczny TPU/TPE

Wydruk 3D – Fiberlogy FiberFlex 40D

PET-G (Polietylen Tereftalan Glikolu)

Filament PET-G to doskonały materiał dla tych, którzy szukają balansu pomiędzy wytrzymałością a łatwością druku. Modyfikacja powszechnie wykorzystywanego PET-u za pomocą glikolu czyni go bardziej odpornym na pęknięcia. PET-G jest także odporny na działanie wielu chemikaliów i wykazuje dobrą adhezję warstw, co jest kluczowe dla wytrzymałości drukowanych elementów. Dostępność PET-G w wersji transparentnej sprawia, że często jest on wykorzystywany do wytwarzania elementów oświetlenia, np. obudów lub kloszy lamp. Pomimo tego, że filament PET-G uważany jest za jeden z łatwiejszych materiałów do druku 3D, może on przysparzać pewnych trudności z uwagi na tendencję do zanieczyszczania lub też obklejania dyszy, a także z uwagi na często występujące nitkowanie, które może wynikać z wilgotności filamentu.

Wskazówki dotyczące drukowania PET-G: Dla PET-G zalecane są temperatury drukowania w zakresie od 220 do 250°C, z platformą drukującą podgrzewaną do około 90°C. PET-G charakteryzuje się bardzo dobrą przyczepnością, która czasem może prowadzić nawet do uszkodzenia powierzchni stołu, zwłaszcza jeżeli wykonany jest on ze szkła. Dlatego zaleca się, aby uprzednio przygotować stół, przez zastosowanie np. lakieru do włosów. Zapewni on dobre przyleganie modelu, a jednocześnie ochroni go przed zniszczeniem. Zwróć uwagę na dobór właściwych ustawień retrakcji, aby uniknąć problemów z nitowaniem, a także odpowiednie wysuszenie filamentu przed drukiem ( 4 godziny w 60°C).

Zalety PET-G:

  • Wysoka wytrzymałość
  • Przejrzystość
  • Odporność chemiczna
  • Duża sztywność

Wady PET-G:

  • Tendencja do zanieczyszczania dysz drukujących
  • Wymaga dokładnej kalibracji drukarki 3D
  • Podatność na zarysowania
  • Wysoka higroskopijność

Zastosowania: Świetnie sprawdza się w produkcji elementów osłonowych czy obudów np. baterii i akumulatorów.

Wydruk 3D - filament PET-G

Wydruk 3D – PET-G

PP (Polipropylen)

Polipropylen jest bardzo lekkim (zaledwie ok. 1 g/cm3), odpornym na chemikalia i wysoce elastycznym materiałem, który znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach inżynierii. Filament PP jest idealnym wyborem do drukowania zawiasów, klipsów czy innych elementów, które muszą wytrzymać powtarzające się ruchy lub naciski. Jego główne wyzwanie to trudności z adhezją do podłoża drukującego i słaba adhezja między warstwami, co może wpływać na wytrzymałość finalnego obiektu. PP jest także materiałem wrażliwym na zmęczenie i może być podatny na degradację pod wpływem długotrwałego nacisku czy obciążeń.

Wskazówki dotyczące drukowania PP: Druk PP najlepiej przeprowadzać przy temperaturze ekstruzji między 220 a 250°C, z podgrzewaniem stołu nawet do około 100°C. Dla poprawienia adhezji, można zastosować taśmę pakową, która sama wykonana jest z PP, dzięki temu doskonale trzyma PP. Ponieważ PP jest elastyczny i ma tendencję do podwijania się, zaleca się drukowanie z wolniejszą prędkością oraz użycie brimu lub raftu dla poprawy przylegania i stabilności druku.

Zalety PP:

  • Niska masa
  • Odporność na większość chemikaliów
  • Elastyczność

Wady PP:

  • Trudny do druku z powodu słabej adhezji warstw
  • Z czasem może tracić elastyczność
  • Podatność na skurcz

Zastosowania: Nadaje się do pojemników, zawiasów czy elementów, które mają kontakt z chemikaliami.

3D print - filament Polypropylene

Wydruk 3D – Polipropylen (PP)

Każdy filament ma swoje unikalne właściwości, które najlepiej sprawdzają się w określonych zastosowaniach. Wybierając materiał, ważne jest uwzględnienie specyfiki projektu oraz warunków, w jakich element będzie eksploatowany.

Odkrywając różne materiały, ich zalety, wady i specyfikę druku 3D, zyskujemy solidne podstawy, które pomogą w wyborze najodpowiedniejszego filamentu do realizacji konkretnych projektów i pomysłów. Każdy materiał przynosi unikatowe możliwości, ale także wyzwania, które wymagają przemyślenia i dostosowania procesu drukowania. Mając na uwadze prezentowane informacje, możemy podejmować świadome decyzje, dostosowując technologię druku 3D do wymagań i oczekiwań naszych inżynieryjnych projektów, co pozwoli na osiągnięcie optymalnych i satysfakcjonujących wyników.

Powrót