Объяснение гибкой нити для 3D-печати:материалы, свойства и руководство эксперта

Что такое 3D-печать Flex?

Гибкая 3D-печать — это термин, используемый для описания процессов 3D-печати, в которых используются гибкие нити из ТПЭ для создания деталей слой за слоем. В 3D-печати можно использовать несколько различных типов гибких нитей, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее распространенной гибкой нитью для 3D-печати является термопластичный полиуретан (ТПУ). Однако также распространены термопластичный сополиэфир (TPC), термопластичный полиамид (TPA) и «мягкая полимолочная кислота (PLA)». 

Согласно исследовательской статье, опубликованной SVOA Materials Science and Technology, обработка ТПЭ требует на 25-40% меньше энергии, чем обработка термореактивных вулканизированных каучуков. Кроме того, некоторые гибкие нити для 3D-печати можно многократно перерабатывать и перерабатывать, что помогает сократить количество отходов и загрязнения, а также сохранить нефтяные ресурсы. Гибкая 3D-печать стала надежным альтернативным методом производства эластомерных деталей, поскольку клиентам требуются более специализированные и сделанные на заказ продукты. Дополнительную информацию можно найти в нашем руководстве по 3D-печати.

Каков состав гибкой нити?

Гибкие нити для 3D-печати изготавливаются из ТПЭ и, таким образом, имеют характеристики эластичности, аналогичные характеристикам сшитой резины, сохраняя при этом технологические характеристики термопластов. Различные гибкие нити стали возможными благодаря различным пластиковым материалам, которые получаются при переработке нефти. В процессе переработки нафта объединяется с катализаторами и другими химикатами в реакторе полимеризации для создания желаемых пластмасс. В результате этого процесса получаются пластиковые гранулы, состоящие из таких ТПЭ, как ТПУ, ТПК, ТФК и мягкого ПЛА (в зависимости от химикатов, используемых во время полимеризации). Эти гранулы ТПЭ затем плавятся и экструдируются с образованием гибких нитей, которые можно использовать в 3D-печати FDM.

Каковы свойства гибкой нити?

Свойства гибких нитей различаются в зависимости от конкретного материала. Некоторые нити, например ТПУ, более эластичны, чем другие, например ТПК. Общие свойства гибких нитей, таких как TPU, TPC, TPA и мягкий PLA, описаны в списке ниже:

1. Мягкие и гибкие по сравнению с термопластичными нитями.
2. Отличная эластичность по сравнению с нитями термопластов, таких как PLA или ABS.
3. Исключительная устойчивость к износу, ударам, химическому и электрическому воздействию.
4. Хорошая термическая и экологическая стабильность.

Сравнение свойств гибкой нити

Прямое сравнение свойств гибких нитей и более традиционных нитей ABS показано в Таблице 1 ниже:

Таблица 1. Сравнение TPU, TPA и ABS

Собственность ТПУ (гибкая нить) TPA (гибкая нить) ABS (обычная нить)

Недвижимость

Сила

ТПУ (гибкая нить)

Хорошо

TPA (гибкая нить)

Хорошо

ABS (обычная нить)

Лучший

Недвижимость

Долговечность

ТПУ (гибкая нить)

Высокий

TPA (гибкая нить)

Высокий

ABS (обычная нить)

Высокий

Недвижимость

Гибкость

ТПУ (гибкая нить)

Высокий

TPA (гибкая нить)

Высокий

ABS (обычная нить)

Минимальный

Недвижимость

Биоразлагаемый

ТПУ (гибкая нить)

Да

TPA (гибкая нить)

Да

ABS (обычная нить)

Нет

Недвижимость

Пригоден для вторичной переработки

ТПУ (гибкая нить)

Да

TPA (гибкая нить)

Нет

ABS (обычная нить)

Да

Недвижимость

Гигроскопичен

ТПУ (гибкая нить)

Да

TPA (гибкая нить)

Да

ABS (обычная нить)

Да

Каковы ограничения 3D-печати с помощью Flex?

Несмотря на множество преимуществ, одним из самых больших ограничений 3D-печати с использованием гибких нитей является сложность печати деталей. Гибкие нити имеют тенденцию застревать или засорять сопла печати. Кроме того, отвод во время печати может быть недостаточным, что приводит к натягиванию деталей, а иногда и к неправильным размерам. Более того, эластичная природа этих нитей может привести к их короблению или скольжению при использовании экструдеров Боудена. По сравнению с обычными нитями, такими как ABS или PLA, отпечатки с использованием гибких нитей для 3D-печати требуют более точной настройки и оптимизации на этапе проектирования.

Почему Flex используется в 3D-печати?

Гибкие нити распространены, поскольку 3D-принтеры могут создавать детали гораздо быстрее, чем другие методы производства TPE. Традиционно детали на основе ТПЭ изготавливаются методом литья под давлением и экструзии. Хотя эти процессы могут производить большое количество деталей в быстрой последовательности, они дороги в использовании инструментов и часто требуют месяцев времени на выполнение заказа. 3D-принтеры могут быстро создавать гибкие прототипы за небольшую часть стоимости инструментов. Эта возможность открывает путь к изготовлению готовых деталей на заказ значительно быстрее, чем это было бы возможно при использовании традиционных методов изготовления.

Как использовать Flex в 3D-печати

Использование гибких нитей для 3D-печати — отличный способ быстро создавать эластичные детали. Однако гибкая природа этих нитей требует от пользователей пристального внимания к настройкам конфигурации своего принтера. Оптимальные настройки для конкретного задания печати с использованием гибких нитей зависят от материала TPE и применения детали. Ниже перечислены некоторые общие требования для печати нитей TPE:

1. Установите температуру стола в соответствии с рекомендациями производителя материала.
2. Для приклеивания кровати используйте клей-карандаш, малярную ленту или лак для волос.
3. Используйте экструдер с прямым приводом, а не экструдер Боудена.
4. Во время печати используйте охлаждающий вентилятор.

Хотя перечисленные выше пункты представляют собой общий набор принципов печати гибкими нитями, каждый материал немного отличается. Некоторые проекты могут потребовать от вас отклонения от стандартных рекомендаций. 

Каковы наилучшие настройки конфигурации для Flex 3D-печати?

Как правило, пользователям следует сбалансировать скорость печати и настройки втягивания с температурой экструдера и стола, чтобы гарантировать, что деталь будет иметь правильные размеры. В таблице 2 ниже показаны рекомендуемые настройки принтера для различных материалов TPE:

Таблица 2. Настройки 3D-принтера с гибкой нитью

Настройки принтера ТПУ TPC ДПС Мягкий PLA

Настройки принтера

Температура экструдера

ТПУ

210-230 ℃

ТПК

220-260 ℃

ДПС

220-230 ℃

Мягкий PLA

220-235 ℃

Настройки принтера

Температура кровати

ТПУ

Окружающая среда-60 ℃

ТПК

60-110 ℃

ДПС

30-60 ℃

Мягкий PLA

100 ℃

Настройки принтера

Скорость печати

ТПУ

5-30 мм/с

ТПК

5-30 мм/с

ДПС

5-30 мм/с

Мягкий PLA

10-30 мм/с

Печать первого слоя задания часто является наиболее важным этапом печати. При печати гибкими нитями используйте каптоновую ленту, малярную ленту, Magigoo, DimaFix или другие клеящие вещества, чтобы обеспечить хорошую адгезию основания с самого начала печати. После завершения первого слоя пользователи могут точно настроить параметры втягивания, чтобы предотвратить вытекание слюны из горячего конца экструдера. Чтобы найти оптимальные настройки втягивания, пользователям следует сначала отключить втягивание, чтобы найти идеальную скорость, а затем постепенно увеличивать расстояние втягивания, чтобы найти идеальную настройку. Будьте осторожны и не печатайте слишком быстро, поскольку материал может легко засорить сопло.

Какова лучшая скорость печати Flex 3D?

Поскольку гибкие нити склонны к изгибу, застреванию и короблению при подаче в экструдер, более медленная скорость печати может быть вашим другом. Эти проблемы могут привести к ненужным задержкам при печати заданий и нанести ущерб точности размеров и качеству детали. Лучший компромисс между скоростью и качеством обычно составляет 30–40 мм/с. Однако оптимальная скорость печати будет зависеть от используемой нити. Обратитесь к рекомендациям производителя нити, чтобы получить общее представление о том, как установить начальную скорость.

Какова температура плавления гибкой нити?

Температура плавления будет варьироваться в зависимости от материала. Однако обычно температура плавления гибких нитей составляет 210–260 °C. Слишком сильный нагрев гибких нитей может привести к их скручиванию и вытеканию из сопла во время печати. Эта натяжка приводит к несоответствию техническим характеристикам и низкому качеству деталей. 

Нужна ли платформа с подогревом при печати с помощью Flex?

Да, обычно требуется подогреваемая станина, но температура зависит от материала и конкретной детали. Некоторые гибкие нити для 3D-печати, такие как TPC, TPA и мягкий PLA, требуют подогреваемых слоев, тогда как TPU можно печатать с подогреваемым слоем или без него. 

Какая толщина стенки подходит для гибкой 3D-печати?

Гибкие нити обычно требуют более толстых стенок деталей, чем у обычных пластиков. Например, стенки деталей из ТПУ обычно должны иметь толщину не менее 2,0 мм. Создавайте толстые стенки своих деталей, если планируете использовать гибкие нити для 3D-печати.

Какова хорошая плотность стенок для гибкой 3D-печати?

Стены из деталей, напечатанных на 3D-принтере, состоят из двух основных частей:оболочки и заполнения. Оболочка представляет собой твердые внешние стенки детали, а заполнение состоит из того, что находится между внешними поверхностями. Заполнение часто конструируется в виде решетки, чтобы сбалансировать прочность конструкции, вес и использование материала. Плотность заполнения может составлять от 0 % (пустой) или до 100 % (сплошной). Гибкие нити могут работать при любой такой плотности, хотя более высокая плотность заполнения снизит общую гибкость детали.

Часто задаваемые вопросы о 3D-печати Flex

Является ли гибкая нить биоразлагаемой?

Да и нет. Некоторые гибкие нити, такие как ТПУ и мягкий PLA, биоразлагаемы и разлагаются за несколько лет. Другие, такие как TPC и TPA, не являются таковыми, и на их разложение могут уйти столетия.

Подлежит ли гибкая нить вторичной переработке?

Да и нет. Некоторые гибкие нити, такие как ТПУ и мягкий PLA, подлежат вторичной переработке и могут использоваться многократно. Другие, такие как TPC и TPA, могут быть обработаны на 3D-принтере только один раз. 

Является ли гибкая нить гигроскопичной?

Да, гибкие нити гигроскопичны. Все ТПЭ обладают высокой степенью гигроскопичности и будут лопаться и шипеть при нагревании, если впитают слишком много влаги. Поэтому гибкие нити необходимо правильно хранить или сушить перед использованием.

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

Гибкие нити состоят из ТПЭ, который обладает высокой степенью эластичности и превосходными механическими, термическими, электрическими и экологическими свойствами. PLA — это жесткий, высокопрочный пластик, полученный из природных источников, таких как сахарный тростник и кукуруза. PLA можно превратить в гибкий «мягкий PLA», объединив полимер PLA с компонентами TPE. 

В чем разница между Flex и ABS в 3D-печати?

Гибкие нити для 3D-печати изготовлены из ТПЭ, который исключительно гибок и обладает потрясающими механическими, термическими, электрическими и экологическими свойствами. ABS — это пластик на нефтяной основе, который обладает превосходными механическими свойствами, немного более гибок и пластичен, чем PLA, и является одним из самых дешевых нитей на рынке. 

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



Полное руководство по 3D-печати:преимущества, недостатки и ключевые технологии 10 лучших надежных программных решений для слайсеров для 3D-печати