Полипропиленовая (ПП) нить для 3D-печати:материалы, свойства и применение

ПП (полипропилен) – полукристаллический термопласт. Это второй по распространенности товарный пластик после полиэтилена. В первую очередь его используют в упаковке продуктов питания и товаров народного потребления, благодаря благоприятному балансу свойств и низкой стоимости. ПП был впервые синтезирован в 1951 году Дж. Полом Хоганом и Робертом Бэнксом, сотрудниками Phillips Petroleum. Позже он был коммерциализирован с помощью немецкого химика Карла Рена и итальянского ученого Джулио Натты, чьи работы в области стереохимии полимеров позволили начать массовое производство изотактического полипропилена.

Использование ПП в 3D-печати не так широко распространено. Печать может быть затруднена из-за склонности к деформации. ПП требует подогрева рабочего объема и относительно высокой температуры рабочей пластины. Нить для 3D-печати из полипропилена может поставляться в полупрозрачном или цветном исполнении или наполнена различными добавками, такими как стекловолокно, тальк или сополимер этилена. Тремя основными преимуществами 3D-печати полипропиленом являются его превосходная усталостная прочность, хорошая химическая стойкость и хорошее межслоевое соединение. В этой статье будут обсуждаться общие характеристики полипропилена, а также его состав, свойства и ограничения, а также сравниваться с другими нитями для 3D-печати.

Что такое 3D-печать из полипропилена?

3D-печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой процесс создания физического объекта путем построения его слой за слоем на основе цифровых проектных данных, обычно путем осаждения расплавленных термопластических материалов.  Он завоевывает признание и долю рынка, поскольку технические трудности с печатью этим термопластом решены. Таким образом, 3D-печать полипропиленом (ПП) предполагает использование полипропиленовой нити в аддитивном производстве для производства прочных и гибких деталей. Хотя исторически это было трудно печатать из-за таких проблем, как коробление и плохая адгезия основания, недавние достижения в рецептурах материалов и настройках принтера значительно повысили его надежность. ПП особенно ценится за свою превосходную усталостную устойчивость, что делает его идеальным для изготовления функциональных компонентов, таких как живые петли. Его химическая стойкость к кислотам, основаниям и растворителям при комнатной температуре делает его пригодным для применения в медицинской и автомобильной промышленности.

Дополнительную информацию можно найти в нашем руководстве по 3D-печати.

Деталь из полипропилена, изготовленная с использованием процесса 3D-печати Xometry MJF

Каков состав полипропиленовой нити?

Полипропилен представляет собой полукристаллический мономер формулы (C3H6)n. Его получают путем полимеризации пропена с ростом цепи. Полипропилен доступен в виде гомополимера (класса общего назначения), блок-сополимера (содержит от 5 до 15% этилена) и статистического сополимера (включает случайно расположенные сомономеры вдоль основной молекулярной цепи полипропилена и включает от 1 до 7% этилена). Черный пигмент оксида титана можно добавить для окраски пластика и повышения его устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Доступна полипропиленовая нить со стеклонаполнителем, позволяющая повысить температуру теплового отклонения стандартного полипропилена за счет ударопрочности.

Каковы свойства полипропиленовой нити?

Некоторые ключевые механические и термические свойства полипропиленовой нити для 3D-печати перечислены ниже:

1. Полипропилен имеет температуру плавления 130°C и температуру теплового отклонения 64,1°C.
2. Одним из наиболее важных свойств полипропилена является его химическая стабильность. Эта химическая стабильность означает, что он устойчив к воздействию многих различных химикатов, включая кислоты и щелочи.
3. Полипропилен выдерживает ударную нагрузку при торможении или разрушении.
4. Полипропилен без повреждений выдерживает миллионы циклов нагрузки.

Сравнение свойств полипропиленовой нити

В таблице 1 перечислены свойства полипропиленовой нити для 3D-печати по сравнению с рядом других высокопроизводительных нитей:

Таблица 1:Сравнение ПП, АБС и ПЭТГ

Собственность ПП АБС ПЭТГ

Недвижимость

Модуль упругости (МПа)

ПП

234 ± 16

АБС

1699 ± 113

ПЭТГ

1711 ± 45

Недвижимость

Растягивающее напряжение при пределе текучести (МПа)

ПП

8,6 ± 0,4

АБС

38,1 ± 0,3

ПЭТГ

46,2 ± 0,8

Недвижимость

Удлинение при выходе (%)

ПП

18,7 ± 3,0

АБС

4,1 ± 0,1

ПЭТГ

5,9 ± 0,1

Недвижимость

Модуль упругости при изгибе (МПа)

ПП

250 ± 9

АБС

1317 ± 28

ПЭТГ

1489 ± 25

Недвижимость

Прочность на изгиб (МПа)

ПП

9,4 ± 0,3

АБС

21,5 ± 1,8

ПЭТГ

50 ± 3,5

Недвижимость

Ударная вязкость по Шарпи (кДж/м2) 

ПП

49,1 ± 3,2 (с надрезом)

АБС

1,5 ± 0,1 (Шарнир)

ПЭТГ

7,9 ± 0,6 (с надрезом)

Недвижимость

Твердость (по Шору D)

ПП

42

АБС

55–70

ПЭТГ

55–70

Недвижимость

Температура тепловой деформации (0,455 МПа)

ПП

64,1 ± 3,6

АБС

86,6 ± 0,4

ПЭТГ

76,2 ± 0,8

Недвижимость

Температура стеклования (°C)

ПП

-20

АБС

100,5

ПЭТГ

77,4

Недвижимость

Температура плавления (°C)

ПП

130,6

АБС

Н/Д (Аморфный полимер)

ПЭТГ

230–250

Почему ПП используется в 3D-печати?

Хотя ПП не обладает высокой прочностью на разрыв по сравнению с полимерами технического класса, он имеет несколько отличительных свойств, которые делают его ценным для конкретных случаев использования. ПП особенно подходит для таких применений, как живые петли, полупрозрачные или полугибкие контейнеры, а также компоненты носимых устройств, такие как ремни, благодаря своей превосходной усталостной стойкости и низкому поглощению влаги. Он также демонстрирует высокую химическую стойкость к кислотам, основаниям и многим растворителям, что делает его идеальным для лабораторных или промышленных условий. Кроме того, ПП широко используется в медицинской и автомобильной промышленности, где преимуществами являются его биосовместимость, устойчивость к процессам стерилизации и легкий вес. Как и многие термопласты, полипропилен подлежит вторичной переработке, хотя детали из полипропилена, напечатанные на 3D-принтере, сложнее перерабатывать из-за небольших размеров деталей и загрязнения материала. Тем не менее, его термопластичная природа позволяет его переплавлять и повторно использовать в производственных системах замкнутого цикла.

Как использовать полипропилен в 3D-печати

Полипропиленовая нить для 3D-печати — один из наиболее сложных для печати термопластов. Однако при использовании правильных настроек нет причин, по которым нельзя добиться отличных результатов. Ниже приведены некоторые советы по печати полипропиленом:

1. ПП-нить для 3D-печати с трудом прикрепляется к неподготовленной рабочей пластине. Упаковочная лента, нанесенная на рабочую пластину, обеспечит хорошее сцепление с первым печатным слоем, как и специальные клеевые карандаши, такие как Magigoo PP.
2. Полипропилен легко деформируется во время печати, если в среде печати не поддерживается относительно высокая температура 45°C. Поэтому рекомендуется использовать прилагаемый том для печати.
3. Плот — это печатная основа, поверх которой можно напечатать реальную деталь. Использование подкладки защитит базовый слой детали, так как иногда деталь слишком хорошо приклеивается к правильно подготовленной рабочей пластине, и удаление детали может повредить ее основание. Плот можно легко снять, просто потянув его.

Каковы наилучшие настройки конфигурации для 3D-печати из полипропилена?

Хотя нагретый объем печати и правильные методы приклеивания стола значительно повышают вероятность успеха печати с использованием ПП, оптимизация настроек принтера не менее важна. Параметры, перечисленные ниже, служат общими рекомендациями, но для достижения наилучших результатов всегда сверяйтесь с техническими данными или рекомендациями производителя для вашего конкретного сорта полипропиленовой нити. Полипропилен известен своей низкой поверхностной энергией, что затрудняет адгезию. Для надежного приклеивания кровати рекомендуется использовать такие методы, как использование полипропиленового листа, упаковочной ленты (на основе ПП) или специальных адгезионных грунтовок (например, Magigoo PP).

Следующие данные в Таблице 2 представляют собой некоторые важные настройки принтера, которые необходимо определить и установить перед печатью с использованием полипропиленовой нити:

Таблица 2. Типичные настройки принтера PP

Настройка принтера Значение

Настройка принтера

Температура кровати

Значение

85-100°С

Настройка принтера

Температура сопла

Значение

205-220°С

Настройка принтера

Скорость печати

Значение

30–90 мм/с (более низкая скорость дает лучшие результаты)

Настройка принтера

Расстояние отвода

Значение

6,5 мм для экструдеров Боудена; 

3 мм для систем с прямым приводом

Настройка принтера

Плотность заполнения

Значение

20 %

Какова лучшая скорость 3D-печати из полипропилена?

Рекомендуемая скорость печати для полипропилена обычно составляет от 30 мм/с до 60 мм/с, в зависимости от настройки принтера, марки нити и желаемого качества детали. Хотя можно печатать со скоростью до 90 мм/с, это может привести к неточностям размеров и проблемам с адгезией слоев, если не контролировать их должным образом. Более низкие скорости печати (30–50 мм/с) обычно предпочтительны для повышения стабильности размеров и качества поверхности, особенно при печати деталей, требующих жестких допусков или минимального коробления. Более высокие скорости, одновременно сокращая общее время печати, могут привести к температурным несоответствиям и короблению из-за высокой степени усадки полипропилена.

Увеличение скорости печати иногда может улучшить межслойное соединение, поскольку сокращает время охлаждения между нанесением слоев, позволяя предыдущему слою оставаться теплым и лучше сцепляться со следующим. Однако это преимущество во многом зависит от точного контроля температуры и эффективного управления охлаждением деталей, что может быть затруднено при использовании ПП из-за его низкой поверхностной энергии и плохой адгезии слоя. Если планируется высокоскоростная печать, важно, чтобы 3D-принтер был механически жестким, чтобы минимизировать вибрацию и резонанс. Чрезмерное движение или колебание во время работы на высокой скорости может значительно ухудшить качество печати, особенно на более высоких или геометрически сложных деталях.

Какова температура плавления полипропиленовой нити?

Температура плавления полипропиленовой нити обычно находится в диапазоне от 160°C до 170°C, хотя она может варьироваться в зависимости от производителя и любых добавок, включенных в рецептуру. Хотя чистый изотактический полипропилен имеет температуру плавления около 130,6°C, в большинстве коммерческих нитей для 3D-печати используются модифицированные версии для улучшения печатных свойств, что увеличивает эффективный диапазон плавления. На практике ПП обычно экструдируют при температуре от 220°C до 250°C, чтобы обеспечить правильную растекаемость и межслойное соединение. Всегда сверяйтесь с техническим паспортом (TDS) конкретной нити, чтобы определить правильные настройки температуры для достижения оптимальных результатов.

Работа с полипропиленом в 3D-печати показала, как свойства материала определяют не только характеристики детали, но и стабильность процесса. Его низкая поверхностная энергия и высокая усадка создали проблемы, которые требовали большего, чем просто контроль температуры — они требовали более глубокого понимания механики адгезии и термического поведения. Хотя в технических характеристиках подчеркивается его химическая стойкость и усталостный срок службы, практическое использование подчеркивает, что успешная печать зависит от строго контролируемой среды и обращения с конкретным материалом. Для инженеров, которым важна долговечность гибких деталей, полипропилен имел уникальную ценность, но только в том случае, если с самого начала были учтены технологические ограничения.

Нужна ли подогреваемая печатная платформа при печати ПП?

Да, при печати полипропиленом требуется печатная платформа с подогревом. Невозможность печати на столе, нагретом как минимум до 85 °C, приведет к проблемам с прилипанием основания, что приведет к сбою печати.

Какова подходящая толщина стенок полипропилена для 3D-печати?

Оптимальная толщина стенок полипропилена для 3D-печати зависит от предполагаемого применения. Тем не менее, общая рекомендация — использовать минимальную толщину стенок около 1 мм для стандартных функциональных деталей. Это обеспечивает достаточную прочность и жесткость при минимизации деформации. Для специальных функций, таких как живые петли, превосходная усталостная устойчивость ПП позволяет использовать гораздо более тонкие секции — всего 0,4 мм — для сохранения гибкости и долговечности при повторяющихся циклах. Однако стенки тоньше 0,8 мм могут потребовать тонкой настройки принтера, включая правильное охлаждение, более низкие скорости и высокоточную экструзию. Как всегда, для обеспечения наилучшей производительности конструктивные соображения должны соответствовать рекомендациям производителя нити.

Какова хорошая плотность стенок полипропилена для 3D-печати?

Оптимальная плотность заполнения нефункционального макета полипропиленовой детали, напечатанной на 3D-принтере, составляет 20%. Однако эту плотность необходимо регулировать в зависимости от предполагаемого применения. Для несущих конструкций может потребоваться плотность заполнения 50–80 %. Стандартного заполнения в виде сетки будет достаточно для большинства применений.

В чем разница между PP и PLA в 3D-печати?

PLA (полимолочная кислота) — жесткий и хрупкий материал с плохой усталостной прочностью по сравнению с полипропиленом. Однако PLA значительно дешевле, чем полипропиленовая нить для 3D-печати, и ее гораздо проще печатать.

В чем разница между ПП и АБС в 3D-печати?

АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) имеет значительно лучшую механическую прочность, чем полипропиленовая нить для 3D-принтеров. Однако оба материала склонны к деформации и требуют нагрева объемов сборки во время печати.

В чем разница между ПП и ПЭТ в 3D-печати?

Существует значительное совпадение в применении ПП и ПЭТ (полиэтилентерефталата). Например, оба используются для безопасного хранения продуктов питания и жидкостей. ПП и ПЭТ также имеют схожие свойства термостойкости и жесткости.

Часто задаваемые вопросы о 3D-печати из полипропилена

Биоразлагаем ли ПП?

Полипропиленовая нить для 3D-печати не подлежит биологическому разложению и подлежит вторичной переработке на промышленном предприятии.

Подлежит ли вторичной переработке полипропилен?

Как и большинство термопластов, полипропилен подлежит вторичной переработке. 

Является ли ПП гигроскопичным?

Полипропиленовая нить для 3D-печати не гигроскопична. Он плохо впитывает влагу. 

Сводка

В этой статье представлена полипропиленовая нить для 3D-печати, объяснено, что это такое, и обсуждаются различные факторы, которые следует учитывать при ее использовании в 3D-печати. Чтобы узнать больше о полипропиленовой нити для 3D-печати, свяжитесь с представителем Xometry.

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать и другие дополнительные услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатное ценовое предложение без каких-либо обязательств.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Испытание на пластичность:определение, цель и практическое применение Теплораспределители:полное руководство по типам, компонентам, применениям и факторам производительности