Какие материалы используются в 3D-печати?

Благодаря постоянным технологическим изобретениям для 3D-печати используется больше материалов. Рынок 3D-печати больше не ограничивается полимерами, поскольку можно использовать различные материалы.

Пластмассы, металлы и керамика позволяют производить широкий спектр продуктов для различных областей применения. Знаете ли вы, что даже соевое масло, шоколад и влажная бумага также подходят для 3D-печати? Читайте дальше, чтобы узнать, как выбрать эти материалы и какие из них вы не можете использовать.

Какие материалы используются в 3D-печати?

Давайте рассмотрим основные характеристики и недостатки различных материалов, используемых в 3D-печати.

Нейлон

Нейлон — это синтетический термопластичный полиамид, наиболее популярный пластик, используемый для 3D-печати. Что делает его идеальным выбором для 3D-печати, так это его гибкость, низкое трение и долговечность. Этот материал также широко используется для изготовления текстиля и аксессуаров.

Нейлоновая нить (см. на Amazon) — идеальный вариант для сложных или тонких геометрических фигур. Он в основном используется в качестве материала нити в 3D-принтерах для изготовления плавленых нитей или моделирования методом наплавления. Это недорогой и один из самых прочных пластиковых материалов.

Плюсы

• Это прочный материал.
• У него хорошее соотношение прочности и гибкости.
• Он имеет минимальную деформацию.
• Его легко покрасить или раскрасить.

Минусы

• Он гигроскопичен, поэтому его необходимо хранить в сухом месте.
• Срок годности составляет один год.
• Он может сжиматься во время охлаждения, что снижает точность отпечатков.
• Он совместим не со всеми принтерами.

АБС-пластик

Этот термопластичный филаментный материал является лучшим выбором для использования в качестве филамента для 3D-принтера. ABS также является одним из наиболее часто используемых материалов для домашней и личной 3D-печати.

ABS — хороший вариант для инженеров и производителей, которым нужны высококачественные прототипы.

Плюсы

• ABS легко доступен.
• У него доступная цена (см. на Amazon).
• Он бывает разных цветов.
• Он прочнее нейлона.

Минусы

• Во время печати требуется подогрев стола.
• Он может деформироваться при охлаждении во время печати из-за высокой температуры плавления.
• Он не поддается биологическому разложению.
• Он выделяет токсичные зловонные пары при высоких температурах.

Ударопрочный полистирол (HIPS)

Этот материал используется в принтерах FDM в качестве опорной конструкции. Его простоту использования можно сравнить с ABS. Однако они различаются по своей способности растворяться. Например, HIPS полностью растворяется в лимонене.

Плюсы

• Его легко разрезать.
• Из него можно делать сложные модели и в качестве вспомогательного материала.
• Он легкий и гладкий.
• Он ударопрочный и водостойкий.
• Это доступно (см. цену на Amazon).

Минусы

• Он может засорить подающую трубку и сопла вашего принтера без надлежащего теплового потока.
• Он производит неприятно пахнущие пары.

Смола

Вот еще один распространенный выбор для 3D-печати. Полимерные материалы обычно используются в технологиях DLP, SLA, CLIP и Multijet. Некоторые виды совместимы с 3D-печатью, в том числе прочная смола, литьевая смола, гибкая смола и многое другое.

Плюсы

• Смолу можно использовать во многих областях.
• Смола имеет низкую усадку.
• Он обладает высокой химической стойкостью.

Минусы

• Смола довольно дорогая (см. цену на Amazon).
• Срок годности смолы истекает.
• Высокая фотореактивность, поэтому требуется надлежащее хранение.
• Может преждевременно полимеризоваться при воздействии тепла.

Полимолочная кислота (PLA)

PLA получают из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал и сахарный тростник. Это типичный выбор в учебных заведениях из-за простоты печати и безопасности. Кроме того, PLA применим для настольной FDM-печати.

Плюсы

• Низкая деформация, что упрощает печать.
• PLA можно печатать на холодной поверхности.
• ПЛА подходит для печати более четких деталей и углов, чем АБС.
• PLA доступен в нескольких цветах (см. на Amazon).

Минусы

• PLA не очень прочный.
• Может деформироваться при сильном тепловом воздействии.

Золото и серебро

Эти металлические нити обрабатываются в виде порошка и являются одними из самых прочных для использования в 3D-печати. В основном они используются для изготовления украшений. Процессы печати, используемые с этими металлическими нитями, включают прямое лазерное спекание металла и селективное лазерное плавление.

Плюсы

• Высокая электропроводность.
• Термостойкий и прочный.

Минусы

• Очень дорого.
• Доведение до совершенства занимает много времени и утомительно.
• Высокая отражательная способность и теплопроводность затрудняют работу с ними.
• Требуется чрезвычайно высокая температура, поэтому он не подходит для печати на типичных 3D-принтерах FDM.

Нержавеющая сталь

Сплавление и лазерное спекание (см. 3D-принтер) — это методы, используемые при печати из нержавеющей стали. Этот материал работает с двумя типами технологий:DMLS и SLM. Поскольку нержавеющая сталь хороша для изготовления прочных материалов и мелких деталей, она идеально подходит для таких вещей, как цепочки для ключей, болты и миниатюры, среди прочего.

Плюсы

• Он подвергается термообработке для повышения твердости и прочности.
• Он идеально подходит для высоконадежных приложений.
• Он очень устойчив к коррозии.
• Он обладает высокой пластичностью.

Минусы

• Печать занимает много времени.
• Это неэкономично.
• Ограниченный размер печати.

Титан

Это самый легкий и прочный материал для 3D-печати с умеренной шероховатостью поверхности. Титан печатается с помощью прямого лазерного спекания металла. Титановые нити в основном применяются в высокотехнологичных областях, таких как медицина, исследование космоса и аэрокосмическая промышленность.

Плюсы

• Он предлагает большее разрешение и сложность дизайна.
• Он подходит для высокоточных приложений.
• Он устойчив к коррозии и биосовместим.

Против

• Это довольно дорого.

Керамика

Керамика может выдерживать экстремальное давление и температуру, не деформируясь и не ломаясь. Он менее подвержен коррозии и не легко изнашивается. Поэтому он более долговечный, чем металлы и пластмассы.

Керамика обычно используется с технологией Binder Jetting, стереолитографией и DLP (цифровой обработкой света).

Плюсы

• Они подходят для высокоточных работ.
• Они обеспечивают гладкую глянцевую поверхность.
• Они обладают высокой устойчивостью к теплу, кислоте и щелочи.
• Они бывают разных цветов.

Минусы

• Для плавления керамики требуются очень высокие температуры.
• Они не подходят для глазурования и обжига.
• Они хрупкие, поэтому не подходят для блокирующих и закрытых компонентов.
• Не подходит для процедур поштучной сборки.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ/ПЭТГ)

ПЭТ является еще одним часто используемым пластиковым материалом для 3D-печати, используемой в процессах термоформования. Он также может создавать инженерные смолы в сочетании с другими веществами, такими как стекловолокно.

В 3D-печати PETG используется чаще, чем PET, поскольку первый содержит модифицированный гликоль. В результате он более прозрачен, менее хрупок и менее трудоемок в использовании, чем ПЭТ. Нить (см. на Amazon) работает с технологиями FFF и FDM.

Плюсы

• Материал прочный.
• Он пригоден для вторичной переработки и ударопрочный.
• Его можно стерилизовать.
• Он обладает отличными адгезионными свойствами.
• Высокая термостойкость и прочность.
• Это легко распечатать.

Минусы

• Разлагается под действием УФ-излучения.
• Поверхность склонна царапаться.
• Требуется дополнительное тестирование с параметрами 3D-печати.

Какой наиболее распространенный материал для 3D-печати?

Из всех используемых материалов для 3D-печати пластик является самым популярным. . Его любят во многих областях, включая изготовление предметов домашнего обихода, 3D-печатных игрушек, настольных принадлежностей, фигурок и ваз.

Пластик доступен в прозрачных и ярких оттенках, наиболее распространенными являются салатовый и красный цвета. Эти нити упакованы в катушки и могут иметь матовую или блестящую поверхность.

Учитывая его твердость, гладкость, гибкость и яркие цвета, его популярность легко понять. Не говоря уже о том, что это относительно доступный вариант по сравнению с другими материалами для 3D-печати.

В пластиковых потребительских товарах обычно используются принтеры FDM. Процесс включает плавление и последовательное формование термопластичных нитей в различные формы. К наиболее распространенным типам пластика для 3D-печати относятся:

• PLA , который является одним из самых экологически чистых материалов, используемых в 3D-принтерах. Он доступен в твердой и мягкой формах. Пластики, изготовленные из полимолочной кислоты, вероятно, будут наиболее предпочтительными для 3D-печати в ближайшие годы.
• Нить из АБС-пластика доступен в различных цветах и ​​популярен в производстве наклеек и игрушек. Он также используется для изготовления ваз и украшений.
• Поливиниловый спирт Пластик: это типичный выбор для доступных домашних принтеров. Хотя это и не идеально для продуктов, требующих высокой прочности, это хороший выбор для продуктов временного использования.
• Поликарбонат: это наименее используемый пластик в 3D-печати. Он работает только в 3D-принтерах, работающих при высоких температурах и с соплами. Он используется, в частности, для изготовления формовочных лотков и недорогих пластиковых застежек.

Пластиковые изделия, изготовленные на 3D-принтерах, бывают разных форм и консистенций:от плоских и круглых до рифленых и сетчатых.

Какие материалы нельзя распечатать на 3D-принтере?

Вы не можете печатать материалами, которые не могут плавиться и переходить в полужидкое состояние, которое можно экструдировать. Возьмем, к примеру, работу 3D-принтеров FDM. Эти принтеры плавят термопластичные материалы с катушки с жестким допуском ± 0,05 или ниже.

Материалы, которые горят при высоких температурах, а не плавятся, трудно выдавливать через сопло.

Мы можем использовать селективное лазерное спекание для соединения металлических порошков в твердые модели.

Если вы можете соблюсти допуски и полужидкое состояние, вы сможете напечатать это вещество. Вот некоторые материалы, которые нельзя использовать для 3D-печати:

• Обычная древесина или изделия из дерева (однако вы можете комбинировать древесные волокна с PLA и использовать их для 3D-печати).
• Ткани/Одежда.
• Сухая бумага.
• Камни и почва — хотя вы можете расплавить вулканические породы до расплавленного состояния.
• Кожа и изделия из животных.

Выбор подходящего материала для 3D-печати

При печати 3D-моделей в первую очередь необходимо учитывать тип материала. Выше мы уже видели преимущества, недостатки и области применения различных материалов для 3D-печати.

Давайте внимательно изучим, что в них искать.

• Прочность на растяжение

Это относится к сопротивлению вашего материала разрыву под напряжением. Это не только указывает на пластичность материала, но также может указывать на его прочность. Некоторые материалы резко ломаются, в то время как более пластичные, такие как металл и пластик, испытывают деформацию перед тем, как сломаться.

Механические, конструкционные и статические компоненты нуждаются в высокопрочных материалах, так как поломки недопустимы. Примерами отраслей, в которых требуются высокопрочные материалы, являются строительство, авиация и автомобилестроение. В настоящее время 3D-печать позволяет создавать модели с такой же или даже более высокой прочностью на растяжение, чем предыдущие литьевые пластмассы, такие как АБС и полипропилен.

• Модуль Юнга

Это означает сопротивление материала изменению длины при растяжении. Жесткие материалы имеют высокий модуль Юнга и более устойчивы к изменениям. При выборе материалов для конструкционных и механических компонентов решающее значение имеет высокий модуль Юнга.

• Удлинение

Удлинение – это степень растяжения материала точно в точке разрыва. Жесткие материалы, такие как хрупкий твердый пластик, обычно имеют малое удлинение, а мягкие эластичные материалы многократно растягиваются, прежде чем сломаться.

Удлинение необходимо для архитектуры и строительства, где конструкции должны заметно деформироваться, а не внезапно ломаться.

• Прочность на изгиб

Прочность на изгиб также является сопротивлением материала разрыву под нагрузкой, как и прочность на растяжение. Однако нагрузки различаются прочностью на изгиб, охватывающей изгиб. Следовательно, он отражает прочность материала на растяжение и сжатие.

Большинство пластиков имеют близкие значения прочности на растяжение и изгиб. Некоторые материалы с однородной структурой имеют одинаковую прочность на растяжение и изгиб. SLA является однородным, что является преимуществом перед другими технологиями 3D-печати. Это связано с тем, что компоненты имеют одинаковую прочность независимо от ориентации.

• Модуль изгиба

Это относится к сопротивлению материала изгибу. Жесткие материалы имеют высокий модуль, а эластичные – низкий модуль. Изгиб и модуль Юнга также имеют тесную связь.

Модуль упругости имеет жизненно важное значение при конструировании стальных рессор, особенно листовых рессор, а также в конструктивных элементах или опорных балках.

• Ударная прочность

Материалы по-разному реагируют на статическую нагрузку и внезапные удары. Ударная вязкость сильно влияет на прочность материала. Хрупкие материалы имеют минимальную ударную вязкость из-за ограниченной деформации, которую они могут выдержать. Температура также влияет на ударную вязкость:низкий уровень нагрева снижает ударную вязкость материала.

Этот фактор имеет решающее значение для различных применений, таких как изготовление защитных очков и щитков.

• Влагопоглощение

Пластиковые материалы поглощают некоторое количество воды во влажных условиях или при погружении в воду. Несмотря на то, что некоторые пластмассы имеют более высокую гигроскопичность, чем другие, минимальная разница может быть несущественной для готовых пластиковых изделий. Тем не менее, это очень важно для термостойкости пластиковых деталей и переработки сырья.

Когда пластиковые материалы нагреваются выше примерно 150°C, присутствие влаги приводит к гидролизу. Затем это вызывает растрескивание молекул с длинной цепью на молекулы с короткой цепью, тем самым ослабляя материал. Если это происходит до 3D-печати, материал ослабляется, что приводит к некачественной продукции. Поэтому сырье с высокой водопоглощающей способностью следует хранить в сухих условиях.

Новые инновационные материалы для 3D-печати

3D-принтеры больше не специализируются на пластике. Некоторые из новейших 3D-принтеров совместимы с переработанными материалами.

Например, один дизайнер разработал 3D-принтер, способный использовать волокна влажной бумаги. . Он прочный, долговечный и предлагает хорошее решение для пластиковых материалов. Более того, он представляет собой эффективную циклическую систему, поскольку готовую продукцию можно перерабатывать, когда она устаревает.

Пищевая промышленность имеет некоторые из последних инноваций в области 3D-печати. Компания Universal Favorite разработала 3D-печатную форму для создания уникальной линейки шоколада.

Новые полимеры для 3D-печати медицинских имплантатов находятся на подъеме. Например, Эвоник , специализированный химический бренд, выпустил нить PEEK для имплантатов. По их словам, этот новый материал является новаторской нитью на основе PEEK, которую можно использовать в челюстно-лицевой хирургии и ортопедии.

Заключение

Приведенное выше руководство по материалам для 3D-печати поможет вам выбрать подходящий материал для вашей задачи. С диверсификацией индустрии 3D-печати и всего мира для использования станут доступны дополнительные нити.

Выбор правильных материалов является обязательным условием эффективной 3D-печати. При хорошем понимании различных материалов, доступных для 3D-печати, операции могут стать быстрыми и производить высококачественную продукцию.