Магнитное железо для 3D-печати: материалы, свойства и применение

Что такое 3D-печать с магнитным железом?

3D-печать с магнитным железом — это использование пластиковых филаментов, наполненных железом, для печати деталей с металлическим внешним видом. Печать с таким филаментом осуществляется совершенно иным процессом, чем методы порошковой металлургии, такие как DMLS и SLM, которые плавят и сплавляют объемный металлический порошок для создания металлических деталей. В отличие от них, готовые детали, напечатанные с магнитным железом, остаются полимерной матрицей с металлическим наполнителем. Хотя детали, напечатанные с такими специальными филаментами, имеют металлический блеск, их прочность и долговечность почти такие же, как у базового полимера PLA. Детали, напечатанные с этими филаментами, могут быть более хрупкими, чем стандартный PLA. Использование этих филаментов делает готовые детали ферромагнитными, то есть магнитные материалы притягиваются к ним. Для получения дополнительной информации см. наше руководство по 3D-печати.

Какой состав у филамента с магнитным железом?

Состав филамента для 3D-печати с магнитным железом зависит от производителя. Однако, в общем, процент магнитного железа в филаменте составляет около 5–15% от общего объема или веса филамента. Оставшийся процент объема или веса составляет базовый термопластик. Более высокие проценты железа приводят к более металлической отделке и более сильным ферромагнитным свойствам, но приведут к более сложной печати и хрупким деталям. Помимо PLA, ABS и нейлон также могут быть наполнены железным порошком для создания магнитных филаментов.

Каковы свойства филамента с магнитным железом?

Несмотря на металлический внешний вид, детали, напечатанные с филаментом с магнитным железом, не разделяют многих характеристик с настоящими металлами. Ниже приведен список некоторых свойств филаментов с магнитным железом:

1. Они производят детали с металлическим блеском.
2. Они обладают ферромагнитными свойствами (железо и другие магнитные материалы притягиваются к деталям, напечатанным с филаментами для 3D-печати с магнитным железом).
3. У них прочность и свойства (механические, тепловые, электрические, химические, степень биологической разлагаемости и перерабатываемости) более похожи на базовый термопластичный материал матрицы, чем на добавленный металл.
4. У них плотность примерно в 1,5 раза выше, чем у базового полимерного материала филамента.
5. Частицы металлического порошка абразивны, увеличивая скорость износа сопла экструдера по сравнению с чисто пластиковым филаментом.
6. Способность к мостам и поддержкам плохая из-за увеличенной плотности филамента из-за железного порошка.

Сравнение свойств филамента с магнитным железом

В таблице 1 ниже показано сравнение некоторых атрибутов различных филаментов для 3D-печати:

Таблица 1: Характеристики магнитного железозаполненного PLA против стандартного PLA и ABS

Свойство	Магнитное железо-заполненный PLA	Стандартный PLA	ABS
Жесткость	Низкая	Базовая	Высокая
Гибкость	Минимальная	Некоторая	Больше
Плотность	До 1,5х базового филамента	Базовая	Низкая
Внешний вид	Металлический	Блестящий	Блестящий
Износ сопла при печати	Выше	Стандартный	Стандартный
Способность к мостам и поддержкам	Плохая	Хорошая	Хорошая
Биоразлагаемый?	Да	Да	Нет

Каковы ограничения 3D-печати с магнитным железом?

Металлозаполненные филаменты славятся своей сложностью в печати, и магнитные железо-филаменты не исключение. Ограничения 3D-печати с магнитным железом касаются настроек печати и их влияния на качество итоговой детали. Одна из проблем — то, что тонкие частицы магнитного железного порошка внутри филамента абразивны для кончика сопла, что приводит к ускоренному износу.

Другое ограничение — плохие возможности мостов и поддержки вывисов у магнитных железо-филаментов. Это ограничение вызвано увеличенной плотностью филамента, которая результатирует от добавления металлических порошков.

Наконец, металлическая порошковая фракция может вызывать забивания и заторы во время печати. Это означает, что настройки печати, такие как скорости печати и подачи, толщины слоев и расстояния retractions, должны быть тонко настроены и оптимизированы для поиска лучших настроек для конкретной печати. По сравнению со стандартными филаментами, как PLA, детали, напечатанные с магнитным железо-филаментом, требуют более пристального внимания к деталям процесса для достижения деталей с желаемыми качествами.

Зачем используют магнитное железо в 3D-печати?

Филаменты для 3D-печати с магнитным железом используются для создания деталей, имеющих металлический внешний вид, без необходимости дорогого металлического 3D-принтера или традиционных металлообрабатывающих процессов. Детали с реалистичным металлическим блеском, такие как скульптуры, ювелирные изделия, украшения, реквизит и реплики — это некоторые из самых распространенных применений магнитных железо-филаментов в 3D-печати. Помимо декоративных и орнаментальных деталей, детали, напечатанные с этими филаментами, находят все большее применение в различных датчиках и актуаторах, маленьких двигателях и устройствах компьютерной памяти. Хотя использование магнитных железо-филаментов для 3D-печати может создавать детали, выглядящие как железо, эти детали не обладают физическими или химическими характеристиками железа. Ни в коем случае деталь, напечатанная с магнитными железо-филаментами, не должна использоваться вместо металлической детали, если только деталь не является не несущей нагрузку или чисто эстетической.

Как использовать магнитное железо в 3D-печати?

Печать с магнитными железо-филаментами может быть сложнее, чем печать со стандартными филаментами, но это не невозможно. Ниже перечислены некоторые лучшие практики для использования магнитного железа в 3D-печати:

1. Маленькие частицы железа, присутствующие в филаменте, могут абразивно изнашивать латунные сопла. Используйте износостойкое сопло из закаленной или нержавеющей стали для металлозаполненных филаментов. Регулярно проверяйте состояние износа вашего сопла.
2. Стандартные сопла имеют диаметр отверстия 0,4 мм. Металлические частицы имеют тенденцию скопляться вокруг отверстия и препятствовать подаче филамента. Чтобы предотвратить скопление вокруг отверстия, используйте сопло с большим отверстием (0,5–0,6 мм).
3. Поскольку металлозаполненные филаменты плотнее стандартных полимерных филаментов, они тяжелее для заданного размера филамента. Этот увеличенный вес может приводить к провисанию или поломке филамента, когда инструкции печати требуют моста через зазор или печати вывиса. Если это можно избежать, избегайте печати деталей с мостами или вывисами при использовании магнитного железо-филамента для 3D-печати.
4. Так как металлозаполненные филаменты хрупкие, они могут легко ломаться или трескаться. Эта проблема может возникнуть, если путь подачи филамента имеет слишком много острых углов между катушкой и экструдером. Чтобы решить эту проблему, минимизируйте расстояние между катушкой и экструдером — чем ближе они, тем лучше.
5. Металлические порошки в филаменте затрудняют экструдеру оттягивать расплавленный материал обратно в сопло во время печати. Этот retraction приводит к Bildung комков материала в начале и конце определенного сегмента печати. Оптимизируйте настройки retraction, чтобы избежать retraction.

Каковы лучшие настройки конфигурации для 3D-печати с магнитным железом?

Protoplant, Inc. производит популярный магнитный железо-заполненный филамент под брендом Protopasta. Хотя настройки принтера для металлозаполненных филаментов будут отличаться в зависимости от производителя, настройки, которые Protopasta рекомендует для своего магнитного железо-заполненного PLA-филамента, могут считаться типичными и приведены в таблице 2 ниже:

Таблица 2. Настройки 3D-принтера для магнитного железа

Настройка принтера	Значение
Температура стола	От окружающей до 60 °C
Температура сопла	185–215 °C
Скорость печати	10–20 мм/с (первый слой); 20–80 мм/с (остальная деталь)
Скорость вентилятора экструдера	10–20% от макс. RPM
Retraction	Минимальный
Высота слоя	0,15–0,20 мм
Стол печати	Нанесите исчезающий клей, малярный скотч или PEI

Какая лучшая скорость 3D-печати для магнитного железа?

Лучшие скорости 3D-печати для магнитных железо-заполненных филаментов — 10–20 мм/с для первого слоя и 20–80 мм/с для всех последующих слоев. Используйте более медленную скорость печати в начале печати для обеспечения адгезии к столу печати. После завершения первого слоя скорость печати должна быть увеличена для предотвращения забиваний и заторов в сопле.

Какова температура плавления филамента с магнитным железом?

Температура плавления филамента для 3D-печати с магнитным железом примерно такая же, как у стандартного PLA (180–190 °C) для филамента Protopasta, так как плавится только пластик — не металлические порошки. Однако, поскольку металлозаполненные филаменты более хрупкие, чем их незаполненные аналоги, может потребоваться использование слегка более высоких температур для уменьшения хрупкости.

Требуется ли нагреваемый стол печати при печати с магнитным железом?

Нет, нагреваемый стол не требуется при печати с магнитными железо-заполненными филаментами. Но они могут быть необычайно полезны. Более высокие температуры стола могут способствовать адгезии, помочь уменьшить остаточные напряжения в напечатанных деталях и помочь в предотвращении варпинга. Столы могут иметь температуры, соответствующие окружающей температуре, или до 60 °C.

Какова хорошая толщина стенки для 3D-печати с магнитным железом?

Хорошие толщины стенок для деталей, напечатанных с магнитными железо-филаментами, похожи на толщины стенок для их базового пластика. Для магнитного железо-заполненного PLA рекомендуется толщина стенки 1,5 мм, с абсолютным минимумом 0,8 мм.

Какая хорошая плотность заполнения для 3D-печати с магнитным железом?

«Хорошая» плотность заполнения для 3D-печати с магнитным железом сводится к желаемым свойствам итоговой напечатанной детали. Существует корреляция между стенкой, или плотностью заполнения, и прочностью получившихся 3D-напечатанных деталей. Если поддержание высокой скорости печати является проблемой, рассмотрите использование более низкой плотности заполнения (15–50%). Понижение плотности заполнения приведет к деталям, которые могут потенциально легко гнуться и ломаться из-за хрупкости металлозаполненных филаментов, но печать с высокими скоростями может использоваться для быстрой проверки геометрии и эстетики детали. Рассмотрите использование более плотного заполнения (50–80%) для функциональных, долговечных деталей.

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

Самая большая разница между чистым PLA-филаментом для печати и магнитным железо-заполненным PLA-филаментом заключается в том, что магнитное железо-заполненный PLA является магнитным. Эти металлические порошки приводят к более хрупким деталям и работам печати, которые требуют более тонкой настройки и внимания, чем стандартные PLA-детали. Магнитное железо-напечатанные детали могут иметь металлический внешний вид и проявлять магнитные свойства, но сохраняют многие те же характеристики и свойства, что и стандартный PLA.

Резюме

В этой статье представлен филамент для 3D-печати с магнитным железом, объяснено, что это такое, и обсуждены различные факторы, которые следует учитывать при его использовании в 3D-печати. Чтобы узнать больше о филаменте для 3D-печати с магнитным железом, свяжитесь с представителем Xometry.

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

Отказ от ответственности

Контент, появляющийся на этой веб-странице, предназначен только для информационных целей. Xometry не дает никаких представлений или гарантий любого рода, будь то выраженные или подразумеваемые, касательно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, специфические особенности дизайна, качество и типы материалов или процессов не должны выводиться как представление того, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, запрашивающие котировки для деталей, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Обратитесь к нашим условиям для получения дополнительной информации.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер-механик с отличием, имеющий более двух десятилетий опыта в производственной отрасли. Его профессиональный путь включает значительные роли в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он разработал глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Читать другие статьи Дима МакКлементса