Введение в 3D-печать из пластика

С тех пор, как Чак Халл напечатал свой первый прототип дома более 30 лет назад, пластмассы были типом материала, наиболее связанным с областью аддитивного производства. 3D-печать пластиком позволяет быстро создавать качественные прототипы, но с учетом последних достижений в области материалов и технологий для печати также открывает возможности для создания функциональных деталей, подходящих для массового производства. В этом кратком руководстве мы внимательно рассмотрим некоторые из доступных в настоящее время вариантов печати с использованием пластика, их соответствующие преимущества / недостатки и некоторые ключевые моменты, которые следует учитывать перед выбором материала для вашего проекта.

Эволюция пластмасс для аддитивного производства

Количество материалов, доступных для проектов аддитивного производства, с годами значительно расширилось, что означает, что ряд вариантов теперь попадает под категорию «пластмассы». Поэтому важно тщательно обдумать ваши варианты для каждого проекта, прежде чем принимать решение о том, чем печатать. Ваши варианты включают:

• АБС (акрилонитрилбутадиенстирол). В настоящее время ABS используется для изготовления широкого спектра функциональных деталей, от водосточных труб до автомобильных деталей и даже кирпичей LEGO! АБС очень универсален, он особенно прочен, долговечен и подходит для таких методов последующей обработки, как шлифование или склеивание. Однако этот материал не поддается биологическому разложению и должен храниться в герметичном контейнере, когда он не используется, так как он может впитывать влагу и подвергаться длительному воздействию солнечного света - и то, и другое снизит качество ваших печатных деталей. Кроме того, выделяемые пары могут вызывать раздражение, а это означает, что во время печати требуется вентиляция (хотя некоторые принтеры имеют фильтры для компенсации этого).
• PLA (полимолочная кислота). PLA - это биоразлагаемый материал, созданный из возобновляемых источников. Это означает, что он особенно подходит для печати одноразовых предметов или любых деталей, когда факторы окружающей среды вызывают серьезную озабоченность. Его даже использовали в медицине для создания швов и хирургических деталей, которые просто превращаются в безвредную молочную кислоту после выздоровления пациента. Его можно шлифовать и красить так же, как и АБС, хотя приклеивать его немного сложнее, и он не так хорошо выдерживает нагрев. Он также требует бережного хранения, как и ABS, поскольку поглощение влаги может повлиять на отпечатанные результаты.
• ПВА (поливиниловый спирт). Это специальный водорастворимый пластик, который часто используется для создания опорных структур деталей в процессе печати, которые впоследствии можно просто растворить. Это может ускорить этап постобработки, но это достижимо только при использовании принтеров с несколькими экструдерами. Это также довольно дорого и требует постоянного герметичного хранения.
• ПК (поликарбонат). Это очень прочный, стойкий термопласт, который часто используется для изготовления компакт-дисков, пуленепробиваемого стекла и других продуктов, где прочность является ключевым фактором. Он обладает высокой ударной вязкостью и прозрачным внешним видом, что очень привлекает многих пользователей. Однако, как и в случае с АБС, он требует вентиляции во время печати, так как производит множество мелких частиц, которые могут раздражать глаза пользователей и забивать головки принтера, если за ними не ухаживать должным образом. Кроме того, он более склонен к деформации, чем другие материалы.
• HDPE (полиэтилен высокой плотности). HDPE - это термопласт на нефтяной основе, который часто используется для создания перерабатываемых деталей, например бутылок. Его главный недостаток заключается в том, что его довольно сложно приклеить к другим материалам, и с ним может быть довольно сложно работать по сравнению с другими вариантами. Однако это очень привлекательный вариант для компаний, стремящихся принять устойчивый, экологически чистый подход к производству.
• HIPS (ударопрочный полистирол). Это еще один растворимый материал-носитель, похожий на ПВА, хотя он растворяется в лимонене, а не в воде, и имеет свойства материала, аналогичные свойствам АБС при печати. Это относительно новый материал, который все еще получает признание среди компаний-производителей аддитивов.
• PA (нейлон). Нейлон - относительно недавнее дополнение к семейству материалов для 3D-печати, которое предлагает невероятную универсальность, когда дело касается отделки и цветовых вариантов. Это также материал с низким коэффициентом трения, что делает его очень привлекательным вариантом для деталей печатных машин, таких как шестерни. Он прочный, долговечный и гибкий, однако имейте в виду, что его необходимо высушить перед печатью, и он может деформироваться, если ему дать слишком быстро остыть. При печати с нейлоном температура печати обычно выше, чем на других материалах, поэтому убедитесь, что ваш принтер выдерживает это.
• PEEK (полиэфирэфиркетон). Это термопластичный полимер, обычно используемый в области медицины для создания хирургических имплантатов благодаря своей химически инертной, биосовместимой и стерилизуемой природе. Также ведутся исследования с целью определения его потенциальных применений в автомобильной промышленности благодаря его превосходной твердости и абразивным свойствам. Однако, несмотря на его значительную универсальность, печать на PEEK может быть затруднительной, поэтому потребуется специализированный принтер с закрытой камерой и нагревательным слоем, способный достигать температуры до 400 ° C.
• TPE (термопластичный эластомер). TPE - это универсальный, нетоксичный, похожий на резину материал, который широко используется для печати гибких деталей (пружин, чехлов для телефонов и т. Д.). Однако он не подходит для использования во всех принтерах, поскольку известно, что нить создает засоры в некоторых типах экструдеров.
• ТПУ (термопластичный полиуретан). TPU похож на TPE по своим механическим свойствам, но его немного легче печатать, он больше подходит для рабочих деталей благодаря более высокой устойчивости к истиранию, растворителям, маслам и жирам. Он также сохраняет свою эластичность при более низких температурах.
• ПММА (полиметилметакрилат). ПММА, также известный как акриловый пластик, представляет собой жесткий прозрачный пластик, который идеально подходит для небольших отпечатков с большим количеством мелких деталей. Это делает его чрезвычайно привлекательным выбором для творческих приложений, таких как миниатюры или скульптуры, или любые детали, требующие рассеивания света. Он не подходит для любых деталей, которые будут подвергаться нагреву или нагрузке, и, хотя уровень достижимой детализации очень высок, отдельные слои будут немного более заметными, чем с другими материалами, поэтому это следует учитывать в вашей 3D-модели. Кроме того, печать с использованием ПММА может потребовать точной настройки сопла и нагревательного слоя на принтере с закрытой камерой, чтобы минимизировать усадку во время процесса охлаждения.

Недавно был представлен ряд материалов на основе пластика, которые включают металлические элементы, что позволяет печатать объекты с некоторыми качествами металлических деталей без дополнительной сложности 3D-печати металлом.

Ключевые моменты, которые следует учитывать при выборе пластика

1. Какие свойства материала требуются от вашей окончательной печатной детали? Это должно быть полностью прояснено до того, как будет принято какое-либо решение. Подумайте, для чего он в конечном итоге будет использоваться; предназначен ли он быть прототипом или функциональным продуктом, который будет интенсивно использоваться изо дня в день?
2. Проверьте диаметр нити, чтобы убедиться, что он совместим с вашими принтерами. Хотя некоторые принтеры могут работать с несколькими диаметрами, все же стоит заранее проверить их перед покупкой.
3. Проверьте минимальную / максимальную толщину стенки, которая будет доступна для печати, и убедитесь, что ваша 3D-модель соответствует этому.
4. Обдумайте, потребуются ли какие-либо опоры или выступы во время печати, и убедитесь, что они учтены в вашей модели, чтобы обеспечить ее стабильность. Если ваш принтер позволяет это, вы можете рассмотреть возможность использования специального вспомогательного материала.
5. Убедитесь, что используются правильные методы хранения. Как вы видели выше, многие из широко используемых пластиковых материалов для 3D-печати требуют специальных методов хранения для обеспечения качественных результатов. Обязательно следуйте прилагаемым инструкциям при хранении волокон между проектами.
6. Убедитесь, что ваш принтер может работать при правильной температуре экструзии для выбранного материала и что используется соответствующий нагревательный слой. Неправильная температура приведет к неоптимальным результатам.