3D-печать TPU:руководство по 3D-печати гибких деталей

Вы когда-нибудь задумывались о 3D-печати гибких деталей? В таком случае термопластичный полиуретан или ТПУ, как его обычно называют, определенно стоит добавить в свой список.

3D-печать TPU предлагает уникальные возможности, которые иначе недостижимы с другими материалами для 3D-печати, такими как ABS, PLA или нейлон. Сочетая в себе свойства пластика и резины, TPU может производить эластичные, очень прочные детали, которые можно легко сгибать или сжимать.

В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим преимущества и приложения TPU, технологии, поддерживающие этот материал, а также дадим несколько советов, которые помогут сделать 3D-печать с TPU максимально простой и эффективной.

Взгляните на другие руководства по пластику для 3D-печати:

3D-печать из АБС-пластика:все, что вам нужно знать

3D-печать PLA:все, что вам нужно знать

3D-печать FDM:сравнение нитей ASA, PETG и PC

Нейлоновая 3D-печать:все, что вам нужно знать

ULTEM &PEEK:полное руководство по высокопроизводительным материалам для 3D-печати

Что такое ТПУ?

Термопластический полиуретан (ТПУ) принадлежит к семейству термопластичных эластомеров и сочетает в себе лучшие свойства термопластов и каучуков (термореактивных материалов).

Возможно, вы более знакомы с термином TPE или ThermoPlastic Elastomer. Ранее использовавшийся в качестве материала для гибкой 3D-печати, TPE представляет собой очень мягкий резиноподобный пластик, который можно сгибать или растягивать без деформации. Однако его мягкость делает TPE очень сложным материалом для трехмерной печати машинных экструдеров.

TPU, с другой стороны, можно рассматривать как более новую версию TPE. ТПУ обладает эластичностью, напоминающей резину, высокой устойчивостью к разрыву и истиранию, большим удлинением при разрыве, а также термической стабильностью.

В дополнение к этому, TPU также устойчив к маслам, смазкам и различным растворителям. ТПУ более твердый, чем TPE, поэтому с ним также намного проще печатать на 3D-принтере.

Плюсы Минусы Приложения Эластичный и мягкий материалГигроскопическиеСпортивные товары Могут быть очень эластичными в зависимости от удлинения при разрыве Предотвращение натягивания и засорения Защитные корпуса Низкое коробление и усадка Требуется печать при низких температурах Втулки для транспортных средств Химически стойкие Трудно поддаются последующей обработке Компоненты демпфирования вибрации Хорошая ударопрочность Хорошее гашение вибрации и ударов абсорбция Доступна в различных цветах

Приложения

ТПУ имеет широкий спектр применения. Например, это хороший вариант для 3D-печати гибких функциональных прототипов или деталей конечного использования, которые необходимо согнуть и сжать.

Потребительские товары

Что касается товаров народного потребления, ТПУ идеально подходит для изготовления аксессуаров, таких как чехлы для телефонов и комплектующие для обуви.

В 2015 году New Balance создала кроссовки с межподошвой, напечатанной на 3D-принтере TPU. Используя DuraForm Flex TPU от 3D Systems, 3D-печать и генеративный дизайн, обувной гигант смог добиться высокого уровня гибкости своей средней подошвы, а также прочности, оптимального веса и долговечности.

Медицина

Еще одно интересное применение ТПУ - в медицинской сфере. Например, материал можно использовать для создания ортопедических моделей. В 2016 году американская компания Graphene 3D Lab представила токопроводящую нить из ТПУ, подходящую для производства гибкой электроники, в том числе носимых медицинских устройств, таких как браслеты.

Автомобильная промышленность

Обладая высокой химической стойкостью к маслам и смазкам, TPU идеально подходит для автомобильных применений, таких как уплотнения, прокладки, заглушки, трубки и защитные устройства.

Одним из инновационных примеров является напечатанный на 3D-принтере электромобиль китайского стартапа XEV Limited. Автомобиль состоит примерно из 100 деталей, многие из которых были напечатаны на 3D-принтере с использованием TPU, PLA и нейлона.

Доступные материалы TPU

Производитель материала Фирменное наименование материала Твердость по Шору А Ключевые свойства Технология 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerShore A твердость можно варьировать Устойчивость к истиранию и разрыву

Простота обработки

Относительное удлинение при разрыве 200% SLS ProdwaysTPU-70A70A Высокое разрешение

Относительное удлинение при разрыве более 300% SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80A Хорошая абразивная и химическая стойкость

Удлинение при разрыве 600% SLS SinteritFlexa Soft40-55A Удлинение при разрыве 137% SLS SinteritFlexa Black80-90A Удлинение при разрыве 155% SLS SinteritFlexa Grey70-90A (регулируется) Удлинение при разрыве 137% SLS SinteritFlexa Bright79A Удлинение при разрыве 317% SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88A Высокая прочность и высокая стойкость к истиранию

Удлинение при разрыве 500% SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045- UV70D Температурная гибкость и УФ-стабильностьFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50D Высокая жесткость с отличной химической и маслостойкостьюFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98A Превосходные механические свойства, низкое коробление и растяжение nkage FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75D Предлагает высокий модуль упругости и отличные технологические характеристикиFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85A Устойчивость к истиранию на 20% лучше, чем у ABS, и на 68% лучше, чем у PLA
Стойкость к химическим веществам

Удлинение при разрыве 660% FFF NinjatekCheetah TPU95A Отличная ударопрочность

Устойчивость к истиранию на 40% лучше, чем у ABS, и на 76% лучше, чем у PLA.
Удлинение при разрыве 580% FFF NinjatekArmadillo TPU75D Жесткий, устойчивый к истиранию , прочный

Превосходные перекрывающие свойства и практически отсутствие коробления FFF PolymakerPolyFlex ™ TPU9595A Простота обработки

Удлинение при разрыве 330% FFF Hard.inkrigid.ink TPU94A Прочный и прочный

Удлинение при разрыве 500% FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95A Устойчив к истиранию, жирам и маслам FFF FillamentumFlexfill TPU92A и 98AO Устойчив к воздействию грязи с
отличной межслойной адгезией FFF

3D-печать с TPU:технологии

Если вы хотите изучить 3D-печать с помощью этого гибкого материала, есть две основные технологии на выбор:селективное лазерное спекание (SLS) и моделирование наплавления (FDM).

Давайте углубимся в возможности каждого из них.

Выборочное лазерное спекание

Селективное лазерное спекание (SLS) - это технология 3D-печати методом расплавления порошкового материала, в которой лазерный луч используется для выборочного плавления и сплавления порошкообразного материала.

SLS предлагает множество преимуществ для промышленного производства, так как эта технология позволяет изготавливать функциональные детали с отличными механическими свойствами. Кроме того, SLS не требует опорных конструкций, что позволяет создавать детали произвольной формы без каких-либо следов снятия опоры. Однако для получения более качественной поверхности детали потребуют некоторой последующей обработки.

Первоначально эта технология использовалась с различными типами нейлона, но с недавними достижениями в области исследования материалов теперь можно спекать порошок TPU.

В настоящее время на рынке есть несколько производителей, которые предлагают порошок TPU с различной степенью твердости по Шору:

- 3D Systems предлагает собственный эластомер DuraForm TPU Elastomer, совместимый с 3D-принтером Pro 60 HD-HS.

- Французский AM-специалист Prodways имеет в своем портфеле материалов ТПУ-70А с удлинением при разрыве более 300%. С помощью TPU-70A жесткость по Шору можно регулировать в зависимости от потребляемой энергии.

- В 2017 году немецкий производитель материалов Advanc3D представила материал Adsint TPU 80 shA, который считается самым эластичным материалом, коммерчески доступным для технологии SLS.

Советы по дизайну при использовании порошков TPU

Минимальная толщина стенки
Минимальная толщина стенки 1,5 мм при использовании порошка TPU. Детали, напечатанные на 3D-принтере со стенками 1,5 мм, будут очень гибкими, но вы также можете сделать свою деталь более жесткой, увеличив толщину стенки до 3 мм.

Минимальный размер элемента
При разработке деталей для детали из ТПУ убедитесь, что они имеют размер не менее 0,5 мм. Для видимости рельефных и гравированных деталей их высота и ширина не должны быть меньше 1,5 мм.

Сложные конструкции
В качестве порошковой технологии SLS может создавать замкнутые и взаимосвязанные детали, устраняя необходимость в сборке компонентов с индивидуальной печатью. Помните, что зазор между деталями должен быть не менее 1 мм. Для крупных объектов просвет следует увеличить.

Спасательные ямы
Выдолбление детали может быть полезно, так как это сокращает время печати и экономит материал. Однако при этом не забудьте учесть в дизайне отверстия диаметром не менее 1,5 мм, чтобы удалить порошок, застрявший внутри детали после процесса печати. ​​

Моделирование наплавленного осаждения

Технология FDM также может использоваться с нитями TPU.

Есть два основных преимущества использования FDM вместо SLS при производстве деталей из ТПУ:во-первых, FDM дешевле, а во-вторых, детали из ТПУ обычно быстрее изготавливать с помощью нитей, а не порошков.

С другой стороны, 3D-печать нитями TPU с использованием FDM приведет к получению менее точных размеров детали с видимыми слоями печати, которые невозможно сгладить. Кроме того, поскольку TPU является мягким материалом, особенно по сравнению с термопластами ABS и PLA, нити TPU могут изгибаться в механизме экструдера, что приводит к скручиванию нити и засорению экструдера. Тем не менее, мягкость материала - это то, что делает адгезию между слоями в печатных материалах из ТПУ прочной и долговечной.

5 советов по 3D-печати нитями из ТПУ

Основные требования к принтеру:

• Температура экструдера :225–250 ° С.
• Тип экструдера :Рекомендуется экструдер с прямым приводом.
• Подогреваемая платформа для печати :50 ± 10 ° С.
• Охлаждение :рекомендуется частичный вентилятор охлаждения (средний или высокий уровень)
• Корпус :не обязательно
• Построить поверхность :Каптонная лента (PEI), синяя малярная лента.

Температура печати

Рекомендуемый диапазон температур экструзии составляет от 225 до 250 ° C в зависимости от типа 3D-принтера и имеющейся у вас нити TPU. Однако имейте в виду, что печать с более высокими температурами позволит филаменту быстрее плавиться и легче вытекать из сопла.

Скорость

TPU обычно лучше всего печатает на более медленных скоростях. Рекомендуется установить половину средней скорости (15–20 мм / с), чтобы обеспечить высокое качество печати.

Множитель экструзии

Множитель экструзии - это настройка 3D-принтера, которая позволяет вам контролировать количество нити, выходящей из сопла, или просто скорость потока экструзии. Поскольку нити TPU могут неправильно выдавливаться во время процесса печати, что приводит к неправильному соединению слоев и периметров. Один из способов решения этой проблемы - немного увеличить множитель экструзии.

Отзыв

Втягивание - это механизм в 3D-принтере, который втягивает нить назад в экструдер, чтобы предотвратить просачивание расплавленной нити. Эта функция очень полезна для жестких нитей, таких как PLA и ABS, однако в случае нитей TPU втягивание может быть затруднительным и может привести к засорению. Вот почему настоятельно рекомендуется отключить втягивание, чтобы предотвратить растяжение и сжатие гибкой нити в сопле.

Плот и юбки

Плот - это одноразовая горизонтальная поверхность, на которой печатается деталь, которая используется для предотвращения деформации. Однако, поскольку детали TPU обычно не деформируются, плоты не рекомендуются при 3D-печати с TPU, не по крайней мере потому, что они могут вызвать дополнительные проблемы с печатью из-за высоких скоростей печати. Напротив, было бы разумно напечатать юбку - несколько петель материала вокруг принта - чтобы проверить поток нити и обеспечить успех первых нескольких слоев.

Заключение

ТПУ - очень полезный материал, обладающий уникальными свойствами и широким спектром возможных применений.

Однако 3D-печать с TPU может быть сложной задачей из-за уникальных свойств материала, поэтому важно понимать возможности и ограничения TPU перед печатью. Благодаря этому руководству мы надеемся, что вы уже на пути к успешному производству деталей из ТПУ, напечатанных на 3D-принтере.