Сравнение материалов для 3D-печати FDM

Введение

Выбор правильного типа материала для печати данного объекта становится все более сложным, поскольку на рынке 3D-печати регулярно появляются радикально новые материалы. В 3D-печати FDM
PLA и ABS исторически были двумя основными используемыми полимерами, но их первоначальное доминирование было в основном случайным, поэтому не должно быть никаких серьезных препятствий для того, чтобы другие полимеры играли ключевую роль в будущем FDM. .

Сейчас мы видим, что новые продукты становятся все более популярными, как чистые полимеры, так и композиты. В этом исследовании мы сосредоточимся на основных чистых полимерах, существующих сегодня на рынке:PLA, ABS, PET, нейлон, TPU (гибкий) и PC. Мы суммируем основные различия между их свойствами в профилях моментальных снимков, чтобы пользователи могли быстро принять решение о том, какой полимер лучше всего использовать для их применения.

Методология

Материалы обычно классифицируют по трем категориям:механические характеристики, визуальное качество и технологический процесс. В этом случае мы дополнительно разбиваем эти категории, чтобы нарисовать более четкую картину свойств полимера. Выбор материала действительно зависит от того, что пользователь хочет напечатать, поэтому мы перечислили ключевые критерии принятия решения, необходимые для выбора материала (помимо стоимости и скорости):

• Простота печати: Насколько легко печатать материалом:адгезия к слою, максимальная скорость печати, частота неудачных отпечатков, точность подачи, легкость подачи в принтер и т. д.
  
• Максимальное напряжение: Максимальное напряжение, которому может подвергнуться предмет, прежде чем он сломается при медленном натяжении.
  
• Удлинение при разрыве: Максимальная длина, на которую объект был растянут до разрыва.
  
• Ударопрочность: Энергия, необходимая для разрушения объекта внезапным ударом.
  
• Адгезия слоев (изотропия): Насколько хороша адгезия между слоями материала. Это связано с «изотропией» (=однородностью во всех направлениях):чем лучше сцепление слоев, тем более изотропным будет объект.
  
• Теплостойкость: Максимальная температура, которую объект может выдержать до размягчения и деформации.
  
  

Мы также предоставляем дополнительную информацию, которая не отражена на диаграмме по одной из двух причин:

• Они не являются ни «хорошими», ни «плохими» по своей сути; это просто свойства, которые подходят для одних приложений и не подходят для других, например жесткость.
  
• У нас нет точной количественной оценки, но мы знаем, что это важный фактор, например влагостойкость или токсичность.
  

Результаты

Каждый материал оценивается по следующим критериям по шкале от 1 (низкая) до 5 (высокая). Это относительные оценки для процесса FDM - они выглядели бы совсем иначе, если бы учитывались другие технологии производства. Используя данные Optimatter, полимеры были ранжированы по различным критериям:

Напечатайте детали из этих материалов:

PLAABSPETНейлонТПУ

ПЛА

PLA является самым простым полимером для печати и обеспечивает хорошее визуальное качество. Он очень жесткий и довольно прочный, но очень хрупкий.

<тд> <тд>

Плюсы	Минусы
Биоразлагаемые, биоразлагаемые	Низкая влагостойкость
Без запаха	Нельзя склеить
Возможна последующая обработка наждачной бумагой и покраска акриловыми красками
Хорошая устойчивость к ультрафиолетовому излучению

АБС

ABS обычно выбирают вместо PLA, когда требуется более высокая термостойкость и более высокая ударная вязкость.

<тд>

Плюсы	Минусы
Возможна постобработка парами ацетона для придания блеска	Чувствителен к ультрафиолетовому излучению
Возможна последующая обработка наждачной бумагой и покраска акриловыми красками	Запах при печати
Ацетон также можно использовать в качестве прочного клея	Потенциально высокие выбросы дыма
Хорошая стойкость к истиранию

ПЭТ

ПЭТ – это немного более мягкий полимер, хорошо округленный и обладающий интересными дополнительными свойствами, но с несколькими существенными недостатками.

<тд> <тд> <тд> <тд> <тд>

Плюсы	Минусы
Может контактировать с пищевыми продуктами	Тяже, чем PLA и ABS
Высокая влагостойкость
Высокая химическая стойкость
Вторичная переработка
Хорошая стойкость к истиранию
Возможна постобработка наждачной бумагой и покраска акриловыми красками

Нейлон

Нейлон обладает отличными механическими свойствами и, в частности, лучшей ударопрочностью для негибкой нити. Однако адгезия слоев может быть проблемой.

Плюсы	Минусы
Хорошая химическая стойкость	Впитывает влагу
Высокая прочность	Потенциально высокие выбросы дыма

ТПУ

TPU в основном используется для гибких приложений, но его очень высокая ударопрочность может открыться для других приложений.

Плюсы	Минусы
Хорошая стойкость к истиранию	Трудно опубликовать процесс
Хорошая устойчивость к маслам и жирам	Нельзя склеить

ПК

ПК — самый прочный материал из всех, и он может стать интересной альтернативой АБС-пластику, поскольку по своим свойствам очень похож.

<тд>

Плюсы	Минусы
Можно стерилизовать	Чувствителен к ультрафиолетовому излучению
Легко поддается последующей обработке (шлифовке)

Заключение

Выбор правильного полимера имеет решающее значение для получения правильных свойств детали, напечатанной на 3D-принтере, особенно если деталь имеет функциональное назначение. Эта статья поможет пользователям подобрать нужный материал в зависимости от необходимых им свойств. Однако поставщики материалов также часто предоставляют смеси или добавляют добавки для изменения свойств чистого полимера (например, добавляют углеродное волокно, чтобы сделать материал более жестким). В этой статье мы не рассматриваем эти более сложные рецептуры, но вы можете найти данные о некоторых из этих продуктов в нашем инструменте оптимизации на сайте OptiMatter.

Отказ от ответственности

• Марки, указанные в этой статье, относятся к среднему полимеру, отражающему общую химию, но характеристики будут варьироваться в зависимости от фактического продукта или поставщика, у которого покупает пользователь.
  
• Все данные, лежащие в основе наших марок в этом исследовании, были измерены с помощью 3D Matter, за исключением термостойкости, для которой мы использовали температуру стекла, предоставленную несколькими поставщиками нитей.
  
• Для разделов под названием "Дополнительные соображения" мы используем комбинацию сторонних оценок и наших собственных наблюдений.
  
• Тип нейлона, который мы обсуждаем в этой статье, — это нейлон 6, а не нейлон 11 или 12.
  
• Визуальное качество проверяется без какой-либо значительной постобработки. Существуют способы сгладить отпечатки и значительно улучшить визуальное качество данного полимера (например, с помощью паров ацетона на АБС-пластике).
  
• Токсичность полимеров для 3D-печати до сих пор не очень хорошо изучена, и этот фактор может сыграть большую роль в будущем. Мы основываем наши комментарии относительно токсичности на одном исследовании Azimi et al. [1]
  
  

[1] Азими и др., Выбросы ультрадисперсных частиц и летучих органических соединений из имеющихся в продаже настольных трехмерных принтеров с несколькими нитями накаливания, Наука и технологии в области окружающей среды, 2016 г.

Большое спасибо компании 3D Matter за то, что поделились этим исследованием материалов с нашим сообществом.