Топ-5 промышленных пластиков FDM для пиковой производительности

Моделирование методом наплавления слоев (FDM) — простая и универсальная технология 3D-печати, использующая расплавленный термопластичный материал для создания готовой детали. В этом процессе термопластичный материал FDM расплавляется внутри нагретой печатающей сопла станка FDM и затем выдавливается по заданной траектории, слой за слоем, пока деталь не сформирована. FDM — одна из наиболее широко используемых аддитивных производственных процессов сегодня.

Распространенное заблуждение состоит в том, что FDM можно использовать только для 3D-прототипирования и моделирования. На самом деле, FDM часто используется для создания промышленных, высокопроизводительных деталей в авиакосмической, автомобильной, робототехнической и электронной отраслях. Типичные примеры включают внутренние компоненты самолетов, запасные части для автомобилей и промышленные приспособления и фикстуры. Производство этих высокопроизводительных деталей не было бы возможным без использования высокопроизводительных пластиков. Вот все, что вам нужно знать о пяти самых высокопроизводительных материалах, используемых в процессе FDM.

1. ULTEM® PEI

ULTEM®, брендовое название для полиэтеримида (PEI), является основным материалом в производственной отрасли более 30 лет и остается одним из немногих коммерчески доступных аморфных термопластичных смол, специально разработанных для выдерживания экстремальных условий. Стабильный и легкий, этот материал FDM может выдерживать температуры выше 217 °C в течение длительных периодов времени и оставаться стабильным при колеблющихся температурах. Более того, он по природе огнеупорен и выделяет минимальный дым.

Механические характеристики ULTEM:

• Прочность на растяжение при разрыве (73 °F): 15 200 psi
• Прочность на изгиб (73 °F): 22 000 psi
• Относительное удлинение при разрыве (73 °F): 60%
• Температура плавления: 426 °F

Благодаря своей прочности и долговечности, ULTEM® часто используется для высокопроизводительных промышленных применений, таких как печатные платы и оборудование для приготовления и стерилизации пищи. Также, поскольку он устоен к растрескиванию при контакте с жирами, маслами, спиртами, кислотами и другими водными растворами, ULTEM® идеален для автомобильных применений и авиационных деталей.

Вы можете найти ULTEM® в компонентах трансмиссии, огнезащитных барьерах, чехлах сидений самолетов и многом другом. Для всех своих сильных сторон, проектные команды должны знать, что этот материал FDM очень дорог и восприимчив к растрескиванию в присутствии полярных хлорированных растворителей.

2. Найлон 6

Найлоны — семейство высокопроизводительных инженерных термопластиков, известных предложением отличной прочности и жесткости без компромиссов в ударной вязкости. Этот материал FDM можно комбинировать с широким спектром разных добавок для достижения определенных химических и механических свойств, делая его экстремально универсальным и применимым ко многим разным вариантам использования. Найлон 6, обрабатываемый и высокоэластичный филамент, особенно хорошо подходит для промышленных применений FDM.

Найлон 6 имеет высокую прочность при высоких температурах, хорошую ударную прочность при низких температурах и хорошую усталостную стойкость. Плюс, его гладкие, стеклоподобные поверхностные волокна предлагают выдающуюся абразивную стойкость. Типичные применения включают промышленные шнуры, электроформочки, компоненты топливных систем и замены металлических подшипников или втулок. Механические характеристики для неармированного Найлона 6 включают:

• Прочность на растяжение: 76 МПа
• Прочность на изгиб: 110 МПа
• Твердость: 116, по Роквелл R
• Температура плавления: 428 °F (220 °C)

3. Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS)

ABS — прочный, жесткий и ударопрочный высокопроизводительный инженерный термопластик. Инженеры и проектные команды любят работать с этим материалом, потому что он остается механически прочным и стабильным во времени, не компрометируя обрабатываемость. ABS очень хорошо сварен и легко обрабатывается стандартным оборудованием, плюс его низкая температура плавления делает его особенно подходящим для обработки на станке FDM. Дизайнерам нравится высокая поверхностная яркость и отличный поверхностный аспект ABS.

Механические характеристики для ABS включают:

• Относительное удлинение при разрыве: 10–50%
• Прочность на растяжение при разрыве: 29,8–43 МПа
• Предел текучести на растяжение: 29,6–48 МПа
• Модуль упругости на изгиб: 1,6–2,4 ГПа

Тем не менее, этот пластиковый материал FDM имеет свои недостатки. Хотя ABS устоен к абразивному износу и удару, у него плохая погодостойкость и он легко царапается. У него также плохая стойкость к растворителям кетонов и эфиров. Определенные смазки заставят ABS напряженно растрескаться. Если вы можете обойти эти проблемные точки, однако, вы найдете у себя сильный материал FDM для промышленных применений. Типичные применения включают трубные фитинги, автозапчасти и электрооборонки.

4. Поликарбонат (PC)

Поликарбонат — высокопроизводительный, инженерного класса аморфный термопластичный смола. Более прочный, чем полиметилметакрилат (PMMA) и более жесткий, чем найлон, этот пластик FDM долговечен и известен сохранением своего окрашивания и прочности во времени и в стрессовых условиях.

PC легок, абразивностойок, по природе огнеупорен и термически стабилен до 135 °C. Он также устоен к разбавленным кислотам, алифатическим углеводородам и спиртам. Однако стоит отметить, что PC чувствителен к абразивным щелочным чистящим средствам и ароматическим и галогенированным углеводородам.

С дизайнерской точки зрения, PC также предлагает дизайнерам много гибкости. Этот материал высокопрозрачен, может пропускать 90% света как стекло, и прозрачный поликарбонат имеет показатель преломления 1,584. Листы PC также доступны в различных оттенках, которые подойдут любой эстетике. Чтобы сохранить FDM-прозрачный материал кристально чистым, дизайнерам следует следить за пожелтением после длительного воздействия УФ-света. Типичные применения для этого материала FDM включают каски безопасности, пуленепробиваемое стекло, линзы автомобильных фар, медицинские приборы и электрические компоненты.

Механические характеристики для поликарбоната включают:

• Прочность на растяжение: 9500 psi
• Модуль упругости на изгиб: 345 000 psi
• Температура деформации под нагрузкой при 264 psi: 270 °F
• Коэффициент линейного теплового расширения: 3,8 дюйм/дюйм/°F×10⁻⁵

5. Полифениленсульфон (PPSF)

Как и поликарбонат, PPSF — прочный, прозрачный и по природе огнеупорный материал FDM. С температурой деформации под нагрузкой 274 °C и температурой непрерывного использования 260 °C, PPSF идеален для высокопроизводительных пластиковых деталей, которые будут использоваться в высокотемпературных средах, таких как автоматические выключатели и внутренние помещения самолетов.

PPSF также имеет хорошие диэлектрические и изолирующие свойства, высокую стойкость к гамма-лучам и очень низкий коэффициент водопоглощения. Этот материал также физиологически инертен, поэтому он подходит для контакта с пищей.

Механические характеристики включают:

• Прочность на растяжение при разрыве: 75,8–76 МПа
• Относительное удлинение при разрыве: 30–90%
• Модуль упругости на изгиб: 2,38–2,41 ГПа
• Диэлектрическая прочность: 14,2–20 кВ/мм

Стоит отметить, что PPSF, как и ULTEM®, может быть запредельно дорогим для некоторых проектных команд. Также его низкая прозрачность может ограничивать определенные дизайнерские параметры.

Выбор правильных пластиков FDM для вашего следующего проекта

Моделирование методом наплавления слоев — универсальный аддитивный производственный процесс, хорошо подходящий для прототипирования, моделирования и промышленных высокопроизводительных деталей. ULTEM® (PEI), найлон, ABS, поликарбонат и PPSF — все материалы для 3D-печати FDM, имеющие прочность и теплостойкость для выдерживания ряда высокопроизводительных применений во многих секторах.

Тем не менее, эти пять материалов для печати FDM — лишь вершина айсберга. Существует множество других высокопроизводительных пластиков для выбора, и проектным командам легко утонуть в море вариантов. Работа с опытным производственным партнером делает выбор материала FDM гораздо проще.

Команда Fast Radius имеет многолетний опыт с технологиями 3D-печати, включая 3D-печать FDM. Наша команда опытных дизайнеров, инженеров и технологов может помочь вам выбрать пластиковый материал FDM, идеальный для вашего следующего проекта — и помочь оптимизировать полный жизненный цикл разработки продукта. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать.

Для получения дополнительной информации о том, когда использовать FDM и другие аддитивные производственные технологии, посетите ресурсный центр Fast Radius.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости