TPE против TPU:ключевые различия и выбор подходящего материала для 3D-печати

ТПЭ (термопластичный эластомер) — это каучук, обладающий как термопластичными, так и эластомерными свойствами. С другой стороны, ТПУ (термопластичный полиуретан) представляет собой разновидность ТПЭ. ТПУ и ТПЭ — это гибкие нити, используемые в качестве материалов для 3D-печати для конструкций, требующих растягивания или изгиба. Они также придают печатной продукции ощущение «мягкости на ощупь».

В целом, TPE, как правило, мягче и гибче по сравнению с TPU. Поскольку ТПУ по-прежнему гибкий, но более жесткий, из него также легче печатать. Однако TPE более распространен, поскольку он присутствует на рынке уже более длительное время. TPE также, как правило, дешевле по сравнению с TPU. ТПУ хорошо работает в более тяжелых, жестких и долговечных прототипах, тогда как нить ТПЭ больше подходит для более легких, мягких и гибких моделей.

В этой статье мы рассмотрим ТПЭ и ТПУ с точки зрения их различий, их применения и свойств, которые делают их уникальными в индустрии аддитивного производства.

Определение TPE и сравнение с TPU

TPE известен своей прочностью и гибкостью. Он доступен в виде нити для принтеров FDM и порошка для машин SLS. Хотя ТПЭ все еще является довольно новым явлением в индустрии аддитивного производства, он используется в качестве материала для промышленного использования с 1950-х годов. EOS была первой компанией, выпустившей TPE в качестве материала для SLS-печати еще в 2013 году. TPE носит название PrimePart ST (PEBA 2301). За этим представлением последовал выпуск материала TPE от CRP Technology под названием Windform® RL.

Будучи полимерным материалом, ТПЭ сочетает в себе характеристики термопласта и термореактивной вулканизированной резины. Варианты TPE включают ряд гибких материалов, таких как термопластичный полиуретан (TPU), термопластичный полиамид (TPA) и термопластичный сополиэстер (TPC). Модели и прототипы, напечатанные из ТПЭ, используются в таких отраслях, как автомобилестроение и медицина. ТПЭ использовался при производстве спортивной обуви, а также его можно найти в электронике, например, в пластиковом корпусе некоторых кабелей наушников или в любых других приложениях, где требуются резиноподобные свойства.

Преимущества ТПЭ по сравнению с ТПУ

TPE имеет следующие преимущества по сравнению с TPU:

• TPE присутствует на рынке уже давно и поэтому более распространен.
• TPE более мягкий и гибкий по сравнению с TPU.
• TPE можно использовать в качестве гибкого стабилизатора. Он используется не только для печати всей модели, но и для печати промежуточного слоя. 
• TPE обычно дешевле ТПУ.
• Некоторые ТПЭ легче перерабатывать, чем ТПУ.

Недостатки ТПЭ по сравнению с ТПУ

TPE имеет следующие недостатки по сравнению с TPU:

• TPE не подходит для новичков. Для достижения желаемых результатов настройки принтера должны быть очень точными. 
• После печати вам придется переделывать почти каждую модель, напечатанную из ТПЭ.
• ТПЭ более чувствителен к температуре по сравнению с другими эластомерами, такими как ТПУ. 

Определение TPU и сравнение с TPE

ТПУ и ТПЭ являются частью одного семейства. Компания BF Goodrich (теперь известная как Lubrizol Advanced Materials) изобрела ТПУ в 1959 году; это не недавно открытый материал. Однако его применение в 3D-печати все еще относительно новое. Благодаря своим уникальным свойствам ТПУ вызывает интерес в индустрии аддитивного производства. Ее печатная продукция нашла применение в различных отраслях промышленности. 

ТПУ можно использовать в качестве материала для печати в двух типах 3D-принтеров — принтерах моделирования плавленым напылением (FDM) и принтерах селективного лазерного спекания (SLS). В принтерах FDM материал в форме нити используется для печати желаемых моделей. SLS используется в виде порошка. В долгосрочной перспективе печать на FDM-принтере будет более рентабельной. 

ТПУ выпускается в широком диапазоне непрозрачных и прозрачных цветов. Его поверхность может варьироваться от гладкой до шероховатой (для обеспечения сцепления). Одной из уникальных особенностей ТПУ является возможность индивидуальной настройки его твердости. Эта способность контролировать твердость может привести к созданию материалов от мягких (резина) до твердых (жесткий пластик). 

Применение ТПУ очень универсально. Отрасли, в которых используется печатная продукция из ТПУ, включают аэрокосмическую, автомобильную, обувную, спортивную и медицинскую. ТПУ также используется в качестве оболочки для проводов в электротехнической промышленности и в качестве защитных чехлов для электронных устройств, таких как мобильные телефоны или планшеты. 

Таблица 1. Сравнение TPE и TPU

Атрибут TPE ТПУ

Атрибут

Температура экструдера

ТПЭ

210–260 °C (варьируется)

ТПУ

220–250 °C (варьируется)

Атрибут

Температура кровати

ТПЭ

До 110 °C (варьируется)

ТПУ

До 60 °C (варьируется)

Атрибут

Ударопрочный

ТПЭ

Да

ТПУ

Да

Атрибут

Водонепроницаемый

ТПЭ

Да

ТПУ

Да

Атрибут

устойчив к ультрафиолетовому излучению

ТПЭ

Да

ТПУ

Да

Атрибут

Химическая стойкость

ТПЭ

Мед

ТПУ

Средний-Высокий

Атрибут

Устойчивость к истиранию

ТПЭ

Средний-низкий

ТПУ

Высокий

Атрибут

Термостойкость

ТПЭ

Высокий

ТПУ

Высокий

Атрибут

Сила

ТПЭ

Низкий

ТПУ

Средний-Высокий

Атрибут

Гибкость

ТПЭ

Высокий

ТПУ

Средний-Высокий

Атрибут

Рекомендуемая скорость печати

ТПЭ

5–50+ мм/с (варьируется)

ТПУ

5–50+ мм/с (варьируется)

Атрибут

Стоимость (за кг)

ТПЭ

$40+

ТПУ

$45+

Хотя TPE и TPU действительно различаются, они также имеют некоторые пересекающиеся свойства. И ТПЭ, и ТПУ водонепроницаемы, устойчивы к ультрафиолетовому излучению и обладают хорошей термостойкостью и ударопрочностью. 

TPE и TPU:сравнение приложений

TPE идеально подходит для применений, где требуются гибкие модели. Зачастую это более легкие и мягкие изделия, такие как ручки для спортивного снаряжения (например, рукоятки хоккейных клюшек), игрушки, мундштуки в медицинской промышленности, водонепроницаемые уплотнения, чехлы для подушек безопасности и бамперы.   

ТПУ, с другой стороны, обеспечивает сочетание устойчивости к царапинам и истиранию. Этот материал используется при производстве деталей консолей, приборных панелей, спортивной обуви, а также уплотнений и прокладок. 

TPE и TPU:сравнение точности деталей

Поскольку TPE более склонен к усадке по сравнению с TPU, из TPE также труднее печатать модели с точными размерами. ТПУ более жесткий, с ним легче печатать и, как правило, он дает более точные результаты печати. 

TPE и TPU:сравнение скорости

Настройка скорости для обоих материалов для печати зависит от желаемых свойств, например, гибкости конечного продукта. Соответствующие настройки печати будут зависеть от типа используемых ТПЭ и ТПУ, производителя и модели принтера, а также установленной толщины слоя. Требуемая скорость печати ТПЭ и ТПУ находится в одинаковом диапазоне — 5–50 мм/с. В редких случаях и TPE, и TPU могут печатать на более высоких скоростях. Однако для получения точных результатов рекомендуется использовать скорость печати ниже 35 мм/с.

TPE и TPU:сравнение поверхностей

ТПУ имеет более гладкую поверхность по сравнению с ТПЭ, который обычно имеет резиноподобную поверхность. 

ТПЭ и ТПУ:сравнение термостойкости

Нити ТПЭ и ТПУ обладают хорошей термостойкостью. 

ТПЭ и ТПУ:сравнение биоразлагаемости

И ТПУ, и ТПЭ биоразлагаются в течение 3–5 лет и поэтому считаются экологически чистыми материалами для 3D-печати.

ТПЭ и ТПУ:сравнение токсичности

Хотя ТПУ нетоксичен по своей природе, он выделяет вредные пары при воздействии огня или других химических веществ. При горении ТПУ выделяет отчетливый запах, который может вызвать головную боль, тогда как ТПЭ нетоксичен и при горении имеет слабый аромат. 

TPE и TPU:сравнение затрат

Относительная стоимость ТПЭ и ТПУ за кг варьируется в зависимости от бренда. Стоимость нитей TPE популярных марок, таких как eSun TPE, Matterhackers и 3dXFlex TPE, варьируется от 40 до 140 долларов США за кг. Некоторые популярные бренды нити ТПУ включают Kodak Flex TPU (~ 65 долларов США/кг), Ultimaker TPU (~ 90 долларов США/кг), MatterHackers TPU (~ 45–55 долларов США/кг), Polymaker PolyFlex (~ 50–90 долларов США/кг) и NinjaTek (~ 110–180 долларов США/кг) и другие. 

Каковы взаимные альтернативы ТПЭ и ТПУ?

Следующий материал считается взаимной альтернативой ТПЭ и ТПУ:

• TPC (термопластичный сополиэстер): TPC, как и TPE и TPU, представляет собой резиноподобную нить, используемую в индустрии 3D-печати. Он также обладает устойчивостью к высоким температурам, хорошей химической стойкостью, высокой прочностью и отличной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.

Сходства между ТПЭ и ТПУ

TPE и TPU имеют следующие общие черты:

• ТПУ и ТПЭ — это термопластичные эластомеры, которые обеспечивают растяжение и изгиб при печати.
• И ТПЭ, и ТПУ обеспечивают превосходную окрашиваемость и прозрачность.
• TPE и TPU имеют одинаковую скорость печати.

Сводка

В этой статье сравниваются ТПЭ и ТПУ, которые являются широко используемыми материалами для 3D-печати. Чтобы узнать больше о том, какой пластик лучше и как Xometry может помочь в выборе материала, свяжитесь с представителем Xometry.

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать и 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.

Уведомление о товарных знаках и авторских правах

1. Windform® RL — зарегистрированная торговая марка компании CRP Technology, Moderna, Италия.

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



Понимание производства ламинированных объектов (LOM) – будущее быстрого прототипирования Понимание хрупкости:определение, причины, примеры и общие материалы