Объяснение 3D-печати поликарбонатом:определение, преимущества, применение и как это работает

Поликарбонат — это пластик, который, точнее, относится к категории термопластов, а это означает, что он прекрасно плавится и снова и снова затвердевает. Интересно, что это позволяет получить материал, который хорошо подходит для процесса 3D-печати. Мало того, он известен своей долговечностью, хорошей термостойкостью и химической стойкостью. 

Если поликарбонат привлек ваше внимание как потенциальный кандидат для любых типов продуктов, которые вы создаете с помощью аддитивного производства, ниже мы подготовили полезное объяснение, в котором подробно объясняется, что именно влечет за собой этот процесс и каковы его преимущества (и ограничения).

Что такое 3D-печать поликарбонатом?

Поликарбонат, или сокращенно ПК, — это материал, который используется в этом стиле печати, и его обычно выбирают для систем печати методом наплавленного осаждения (FDM), в которых материал наслаивается на несколько слоев, пока ваша форма не будет закончена.

Причина, по которой поликарбонат заслужил свое место в мире 3D-печати, заключается в его полезных характеристиках, которые облегчают работу и делают его функциональным после распечатки 3D-объекта. Он имеет предел прочности на разрыв 70 МПа и предел текучести 63 МПа, что, кстати, намного выше, чем у бетона. Он также сохраняет свою структурную целостность при высоких температурах (до 150 ℃). Понятно, что эти впечатляющие достижения сделали его основным продуктом во многих отраслях, включая аэрокосмическую и медицинскую, но мы углубимся в его применение позже.

Как еще называют 3D-печать поликарбонатом?

3D-печать поликарбонатом также часто называют 3D-печатью ПК или 3D-печатью нитью ПК.

Какова цель 3D-печати поликарбонатом в производстве?

Целью 3D-печати поликарбоната в производстве является использование исключительных механических свойств и термической стабильности ПК с помощью технологий аддитивного производства. 3D-печать из поликарбоната позволяет создавать сложные геометрические формы и сложные внутренние структуры, которые может быть сложно или невозможно достичь с помощью традиционных методов производства. Это особенно ценно для производства компонентов с внутренними каналами, решетчатыми структурами или сложными конструкциями, выполняющими определенные функции. Кроме того, аддитивный характер 3D-печати обеспечивает быструю настройку и производство небольших партий без значительных затрат на установку. Наконец, компьютерная 3D-печать позволяет быстро создавать модели из того же материала, который будет использоваться для конечного продукта. Это помогает в точной настройке конструкции и оценке производительности без необходимости перехода между различными материалами и технологиями производства.

Какие отрасли используют 3D-печать из поликарбоната?

Поликарбонат находит применение во многих отраслях промышленности. Основные отрасли промышленности, в которых используется поликарбонат, включают:аэрокосмическую, автомобильную, потребительские товары, электрические устройства и электронику, а также медицинские устройства. Например, поликарбонат оказывается подходящим выбором для применения в электротехнической и автомобильной промышленности благодаря его замечательной огнестойкости, термостойкости, легкому весу и изоляционным свойствам. Эти области применения охватывают электрические корпуса, осветительные приборы и даже фары транспортных средств. Прозрачность и устойчивость поликарбоната к разрушению также делает его отличным выбором для защитного оборудования. Это особенно важно в области безопасности и строительства, где он используется в защитных очках и оконных материалах.

Как работает 3D-печать поликарбонатом?

Если вам интересно, что включает в себя процесс 3D-печати поликарбонатом, ниже мы подробно разобрали общие принципы.

1. Для начала вам необходимо разработать 3D-модель, которую вы хотите распечатать, с помощью компьютерной программы. Это то, что принтер будет использовать в качестве инструкций, чтобы он мог печатать именно те размеры, детали и форму, которые вам нужны. 
2. Затем начнется предварительная обработка, которая включает в себя масштабирование, ориентацию и позиционирование модели, а также проверку ее правильности и готовности к материализации с помощью принтера.
3. Далее вам необходимо запрограммировать принтер и подготовить его к предстоящей работе. Это может включать в себя множество различных задач и работ, включая выравнивание печатной платформы, очистку сопла и настройку правильных параметров. При этом вы гарантируете, что отпечаток получится удачным и не будет деформироваться на печатной платформе, что иногда случается с поликарбонатом.
4. После выполнения этих шагов можно наконец начать печать. Сопло или экструдер нагревает поликарбонатную нить внутри, а затем, следуя вашей 3D-модели, начинает перемещаться по печатному столу, нанося слои расплавленного ПК, которые сплавляются вместе и создают вашу конструкцию.
5. Последний шаг связан с постобработкой и отделкой, но он будет зависеть от конкретного печатаемого продукта и степени необходимости очистки, шлифовки и покраски. Чем больше и сложнее конструкция, тем больше времени может потребоваться для завершения печати.

На рисунке ниже вы можете увидеть пример нашего логотипа Xometry, напечатанного на 3D-принтере из поликарбоната.

Каков пошаговый процесс 3D-печати поликарбонатом?

3D-печать поликарбонатом обычно включает в себя несколько ключевых этапов:

1. Дизайн

Процесс начинается с создания цифровой 3D-модели желаемого объекта с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР). Эта модель служит основой для последующего процесса печати, определяя форму, размеры и внутреннюю структуру объекта. Затем 3D-модель разделяется на тонкие горизонтальные слои с помощью программного обеспечения для нарезки. Определяются характеристики каждого слоя, включая путь, по которому будет следовать сопло принтера для точного нанесения материала.

2. Предварительная обработка

После завершения проектирования 3D-модель готовится к печати. Это включает в себя такие задачи, как масштабирование, ориентация и позиционирование модели в объеме сборки. Кроме того, могут быть созданы опорные конструкции для обеспечения устойчивости выступов и сложных элементов во время печати.

3. Настройка принтера

Перед печатью 3D-принтер необходимо откалибровать и подготовить. Это включает в себя ряд важных шагов для обеспечения оптимальных условий печати. Во-первых, очень важно убедиться, что платформа для печати расположена идеально ровно. Этот шаг особенно важен при работе с материалами, которые могут быть чувствительны к адгезии основания, такими как поликарбонат. Склонность поликарбоната к деформации во время печати может привести к проблемам с поддержанием постоянной адгезии слоя.

Помимо выравнивания стола, важно убедиться, что сопло чистое и не содержит остатков, которые могут повлиять на процесс экструзии. Правильное обслуживание сопел имеет важное значение для получения точных и высококачественных отпечатков. Кроме того, очень важно выбрать подходящие параметры печати. В частности, для поликарбоната точные настройки температуры имеют решающее значение как для экструдера, так и для рабочей камеры. Относительно высокая температура стеклования поликарбоната требует тщательного регулирования температуры, чтобы предотвратить деформацию и обеспечить правильное соединение слоев.

4. Печать

Фактический процесс печати начинается с того, что экструдер или сопло 3D-принтера нагревают поликарбонатную нить до точки плавления. Затем сопло перемещается в положение печати, определенное инструкциями машины, слой за слоем нанося расплавленный материал на печатную платформу. При нанесении каждого слоя расплавленный поликарбонат сплавляется с ранее нанесенными слоями, создавая прочную связь между ними. Такой поэтапный подход приводит к постепенному построению конечного объекта.

После того, как все слои напечатаны, объекту дают остыть и полностью затвердеть. Это может занять разное количество времени в зависимости от сложности и размера отпечатка. Для регулирования температуры могут использоваться дополнительные механизмы, в том числе использование вентиляторов или даже обогреваемой камеры печати, чтобы поддерживать идеальные условия печати.

5. Постобработка

После завершения печати и охлаждения объект снимается с рабочего стола. Последующая обработка может включать удаление излишков поддерживающего материала, очистку детали и устранение любых дефектов на поверхности. Это будет зависеть от сложности конструкции и наличия опорных конструкций.

6. Завершение

Для достижения желаемого внешнего вида и функциональности могут потребоваться этапы отделки. Это может включать в себя шлифовку до гладкой поверхности, покраску или покрытие для эстетического вида, а также добавление любых необходимых сборочных компонентов.

Какие материалы можно использовать при 3D-печати поликарбонатом?

Конечно, вы можете просто использовать обычный поликарбонат для 3D-печати, но есть несколько других смесей, о которых может пригодиться информация, поскольку они обладают разными свойствами. 

1. Поликарбонат

Эта чистая форма ПК является лучшим выбором из-за ее прочности и устойчивости к нагреву, ударам и истиранию. 

2. Смесь поликарбоната и АБС

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (или АБС) — еще одна популярная нить для 3D-печати, но ее также можно встретить в смеси с поликарбонатом. В результате получается материал для печати, который стоит недорого и при этом обладает приличной прочностью.

3. Композиты поликарбонат/углеродное волокно

Если вам нравится термостойкость ПК, но вы ищете немного большую прочность и жесткость, вам стоит рассмотреть эту нить, которая сочетает в себе термопластические характеристики поликарбоната с характеристиками композитов из углеродного волокна. 

4. Поликарбонат/огнезащитные смеси

В тех случаях, когда ваша постройка будет подвергаться воздействию пламени, пожара или сильной жары, вам может потребоваться более высокая термостойкость, чем обычно, и материал, который не воспламеняется. Лучшей нитью для этого является поликарбонат, усиленный огнезащитными добавками. 

5. Смеси поликарбоната и полиэтиленгликоля

Деформирование может стать проблемой для поликарбоната, но чтобы предотвратить это, вы можете использовать нить, содержащую смесь ПК и ПЭГ. Наиболее распространенными вариантами использования являются конструкции со сложными деталями или геометрией, которые могут деформироваться. 

Наш собственный Колтон Бэмфорд, менеджер по аддитивному производству здесь, в Xometry, сказал:«Выбирая поликарбонатные материалы для 3D-печати, я сосредотачиваюсь на нескольких факторах. Во-первых, его высокая ударная вязкость и долговечность делают его идеальным для изготовления инструментов и создания функциональных прототипов. Стабильность размеров гарантирует, что напечатанные детали сохраняют свою форму и точность, что имеет решающее значение для производства инструментов. Термостойкость и прочность на сжатие важны для таких применений, как штампы для штамповки металла или проверка конструкции инструментов перед полномасштабным производством. Наконец, экономическая эффективность Поликарбонат по сравнению с другими высокоэффективными материалами делает его практичным выбором для изготовления деталей конечного использования с небольшим объемом."

Сколько времени занимает завершение 3D-печати из поликарбоната?

Время, необходимое для завершения проекта 3D-печати из поликарбоната, может значительно варьироваться в зависимости от ряда факторов, в том числе:размера и сложности печатаемого объекта, высоты слоя, скорости печати, плотности заполнения, используемого 3D-принтера и уникальных требований к материалу. Как правило, меньшие и менее сложные объекты могут быть завершены в течение нескольких часов, тогда как более крупные и сложные проекты могут занять несколько дней. Многие программные инструменты для нарезки предоставляют пользователям приблизительную оценку времени печати на основе выбранных настроек, хотя эту оценку следует рассматривать как приблизительное, а не как абсолютную уверенность.

Сколько стоит 3D-печать поликарбонатом?

На стоимость 3D-печати из поликарбоната влияет ряд переменных, что делает ее стоимость весьма переменной. Нить для печати составляет значительную часть общей стоимости. Поликарбонатная нить стоит дороже по сравнению с другими материалами для 3D-печати. Вы можете рассчитывать заплатить около 30–60 долларов за катушку нити для ПК. Затраты на рабочую силу будут включать такие задачи, как настройка принтера, постобработка и устранение неполадок. Дополнительные расходы связаны с программным обеспечением и инструментами проектирования, а также с этапами отделки, такими как шлифовка, покраска или нанесение покрытий.

Учитывая все эти факторы, определить точную стоимость 3D-печати поликарбонатом без конкретных деталей проекта сложно. Комплексная оценка затрат требует учета обслуживания принтера, энергопотребления, труда и дополнительных процессов.

Дорого ли 3D-печать поликарбонатом по сравнению с литьем под давлением?

Это зависит. 3D-печать поликарбонатом может быть более рентабельной для небольших тиражей, прототипов и сложных конструкций. Его преимуществом является гибкость проектирования и возможности быстрого прототипирования. С другой стороны, литье под давлением больше подходит для крупносерийного производства из-за меньших материальных затрат на сыпучие материалы и эффективности серийной обработки.

Каковы преимущества 3D-печати из поликарбоната?

Помимо превосходных механических свойств, поликарбонат является еще одним аргументом в пользу того, почему он так хорош для 3D-печати:

• Продукты ПК могут иметь прозрачность и прозрачность, которые не могут обеспечить многие другие нити. 
• Он отлично работает при высоких температурах, химикатах, маслах и растворителях.
• Поликарбонат — полезный электрический изолятор. 
• По сравнению с другими материалами поликарбонат довольно легкий.
• Вы также можете утилизировать компьютер.

Каковы недостатки 3D-печати из поликарбоната?

Есть также несколько недостатков, на которые следует обратить внимание при работе с поликарбонатом:

• Она может иметь более высокую стоимость, чем другие нити (но смеси, такие как PC/ABS, могут быть более доступными).
• Поликарбонат имеет тенденцию впитывать влагу из окружающей среды, поэтому его необходимо хранить правильно.
• Из-за своей термостойкости поликарбонат необходимо использовать в принтере, который может достигать температуры не менее 290 ℃, чтобы он успешно расплавился и вытек.
• Поликарбонат имеет тенденцию к деформации больше, чем другие материалы, и без хорошего контроля температуры он может плохо прилипать к печатной платформе.
• Многие поликарбонатные материалы содержат BPA, который может выделяться во время печати, поэтому обязательно надевайте защитное оборудование, например маски, и работайте в хорошо проветриваемом помещении.

Каковы примеры изделий для 3D-печати из поликарбоната?

Существует множество применений 3D-печатных изделий из поликарбоната, поэтому их используют аэрокосмическая, автомобильная, медицинская, потребительская и электронная отрасли. Мы перечислили несколько примеров предметов, которые можно изготовить таким способом:

• Светильники
• Фары автомобиля
• Защитные очки
• Области окон
• Карабины 
• Велосипедные шлемы
• Линзы для очков
• Хирургические руководства

Часто задаваемые вопросы о 3D-печати поликарбонатом

Каков срок службы изделий для 3D-печати из поликарбоната?

Ожидается, что срок службы поликарбоната составит в среднем 15 лет, в зависимости от условий хранения и использования. Ожидается, что он прослужит значительно дольше, чем, например, продукты, напечатанные на 3D-принтере PLA (полимолочной кислотой). ПК демонстрирует замечательную устойчивость к поглощению влаги из окружающей среды. Этот атрибут помогает сохранить стабильность и производительность продуктов, напечатанных на ПК в течение длительного времени. ПК также демонстрирует исключительную устойчивость к ультрафиолетовому излучению. В результате ожидается, что продукты, напечатанные на ПК с помощью 3D-печати, прослужат значительно дольше, что делает их более надежным выбором для приложений, требующих долговечности и устойчивости к факторам окружающей среды.

Долговечны ли изделия для 3D-печати из поликарбоната?

Да. Изделия, напечатанные на 3D-принтере из поликарбоната, долговечны. Они известны своей прочностью на разрыв, термостойкостью, ударопрочностью, устойчивостью к ударам и царапинам.

Каковы основные различия между традиционными методами резки поликарбоната и поликарбоната, напечатанного на 3D-принтере?

Традиционный поликарбонат и поликарбонат, напечатанный на 3D-принтере, демонстрируют явные различия в свойствах, обусловленные методами их производства. Эти различия приводят к различиям в приложениях, для которых они могут использоваться. При традиционном производстве поликарбоната такие методы, как литье под давлением и экструзия, включают формование расплавленной поликарбонатной смолы с использованием форм или штампов. В результате получается материал с однородной плотностью и постоянными механическими характеристиками, известными как изотропные свойства, которые остаются постоянными во всех направлениях.

С другой стороны, поликарбонат, напечатанный на 3D-принтере, создается посредством аддитивного производства. Расплавленная поликарбонатная нить накладывается слоями для создания конечного объекта. Этот метод придает анизотропные свойства, то есть характеристики материала могут различаться по разным осям объекта из-за слоистой структуры и адгезии слоев. В то время как традиционная деталь из поликарбоната обеспечивает постоянную прочность и долговечность во всех направлениях, механические свойства аналога, напечатанного на 3D-принтере, могут различаться в зависимости от качества соединения слоев, сложности конструкции и параметров печати. Такое изменение анизотропных свойств подчеркивает важность понимания характеристик направленности поликарбоната, напечатанного на 3D-принтере, при рассмотрении его пригодности для конкретных применений.

Традиционные методы также требуют форм и инструментов, что ограничивает возможности индивидуальной настройки и экономическую эффективность при небольших тиражах, тогда как 3D-печать позволяет создавать персонализированные проекты и быстро создавать прототипы.

Чтобы узнать больше, прочтите наше полное руководство по резке поликарбоната.

В чем разница между 3D-печатью из поликарбоната и 3D-печатью?

3D-печать поликарбонатом — это особый вид 3D-печати. В качестве сырья используется поликарбонат, тогда как обычная 3D-печать может выполняться с использованием любого материала, пригодного для печати.

3D-печать поликарбоната обычно выполняется методом наплавления. В этом процессе поликарбонатная нить плавится и наслаивается для создания трехмерных объектов. С другой стороны, общая 3D-печать, также называемая аддитивным производством, охватывает более широкий спектр материалов и технологий. К таким методам относятся:цифровая световая обработка (DLP), прямое лазерное спекание металлов/селективное лазерное плавление (DMLS/SLM), электронно-лучевое плавление (EBM), моделирование наплавленным осаждением/изготовление плавленых нитей (FDM/FFF), струйная обработка материала, струйная обработка связующего, стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS). 


Хотя поликарбонат остается предпочтительным материалом в этом более широком контексте, он делит пространство с другими термопластами, такими как PLA и ABS, а также с металлами, такими как алюминий и титан. Выбор материала зависит от предполагаемой функциональности объекта и выбранного метода печати. Кроме того, 3D-печать — это общий термин, используемый для описания широкого спектра различных методов «печати» 3D-продуктов. 

Кэт де Наум

Кэт де Наум — писатель, автор, редактор и специалист по контенту из Великобритании с более чем 20-летним писательским опытом. Кэт имеет опыт написания статей для различных производственных и технических организаций и любит мир техники. Помимо писательской деятельности, Кэт почти 10 лет работала помощником юриста, семь из которых занималась финансированием судов. Она писала для многих изданий, как печатных, так и онлайн. Кэт имеет степень бакалавра английской литературы и философии, а также степень магистра писательского мастерства в Кингстонском университете.

Прочтите другие статьи Кэт де Наум



Выбор подходящих материалов для 3D-печати:подробное руководство Объяснение спекания:определение, процесс, типы и практическое применение