Filament pentru imprimante 3D de inginerie

Polipropilenă (PP)

Ce este polipropilena?

Polipropilena (PP) este excelentă pentru aplicații care trebuie să fie ușoare, etanșe sau durabile. Recipientele pentru alimente sau lichide, precum și clemele și încuietorile care se îndoaie în mod repetat, sunt utilizări populare. Deși PP este considerat un material sigur pentru alimente, rețineți că siguranța alimentară în imprimarea 3D depășește proprietățile materialului filamentului.

Imprimarea pe PP vine cu propriile particularități, așa că hai să explorăm cum se imprimă și se depozitează materialul. După aceea, îți vom oferi câteva opțiuni bune dacă vrei să-ți cumperi propriul filament.

Din păcate, PP este cunoscut pentru dificultatea de imprimare, prezentând adesea deformări puternice și o aderență slabă a straturilor. Dacă nu ar fi existat aceste probleme, PP ar fi putut concura cu PLA și ABS pentru cele mai populare tipuri de filament pentru imprimantele 3D, având în vedere proprietățile sale mecanice și chimice puternice.

PP poate fi amestecat cu fibre de carbon pentru a crește rigiditatea imprimeurilor.

Proprietățile filamentului imprimantei 3D: PP (polipropilenă)

• Rezistență: Medie | Flexibilitate: Mare | Durabilitate: Mare
• Dificultate de utilizare: Mare (aderență slabă a patului, deformare)
• Temperatura de imprimare: 220 – 250 °C
• Temperatura patului de imprimare: 85 – 100 °C
• Contracție/deformare: Mare
• Solubil: Nu
• Siguranța alimentară: Variază, adesea sigură pentru alimente – verificați producătorul

Când ar trebui să utilizez filament PP pentru imprimantă 3D?

Dacă puteți controla deformarea PP-ului, atunci majoritatea imprimărilor care necesită un material rezistent și ușor ar fi potrivite pentru PP. Este important de menționat, totuși, că, deși materialul este foarte utilizat în ambalarea consumabilelor și a medicamentelor datorită proprietăților sale sigure pentru alimente, procesul de imprimare 3D FDM anulează acest lucru prin sute (dacă nu mii) de linii de straturi în care bacteriile se pot dezvolta – cel mai bine este să nu încercați.

Compozite umplute cu fibre (carbon, sticlă, kevlar)

Ce sunt filamentele umplute cu fibre?

Când filamentul unei imprimante 3D — cum ar fi PLA, ABS, PETG sau nailon — este ranforsat cu fibre tocate, precum carbon, sticlă sau Kevlar, rezultatul este un filament compozit care prezintă proprietăți mecanice semnificativ îmbunătățite. Aceste fibre sunt amestecate uniform în plasticul de bază în timpul procesului de fabricație a filamentului, de obicei în concentrații cuprinse între 10% și 30% în volum. Această amestecare transformă comportamentul filamentului atât în ​​timpul imprimării, cât și în utilizarea finală.

Efectul principal al adăugării fibrelor tocate este o creștere substanțială a rezistenței și rigidității. Fibra de carbon, de exemplu, crește considerabil rigiditatea și reduce flexiunea piesei imprimate, ceea ce o face ideală pentru aplicații structurale. Fibra de sticlă adaugă rezistență și rezistență la impact, în timp ce fibra de Kevlar contribuie la durabilitate și rezistență la abraziune și oboseală.

Pe lângă rezistență, armarea cu fibre îmbunătățește de obicei stabilitatea dimensională a obiectului imprimat. Piesa tinde să se deformeze mai puțin și să își mențină forma mai precis, ceea ce este deosebit de valoros atunci când se imprimă componente funcționale care necesită toleranțe strânse.

Totuși, aceste îmbunătățiri vin cu unele compromisuri. Filamentele armate cu fibre sunt mai abrazive decât cele standard, ceea ce înseamnă că vor uza rapid duzele de alamă. Din acest motiv, este important să se utilizeze o duză din oțel călit sau cu vârf de rubin atunci când se imprimă cu materiale compozite. Filamentul poate fi, de asemenea, puțin mai fragil, în funcție de tipul și concentrația fibrei și poate fi mai puțin flexibil decât omologul său neumplut. În plus, imprimarea cu filamente umplute cu fibre poate necesita temperaturi mai ridicate ale duzelor și o calibrare mai precisă.

• Fibra de carbon adaugă rigiditate ridicată și greutate redusă, făcând piesele rigide, rezistente și stabile dimensional, dar și mai fragile.
• Fibra de sticlă îmbunătățește rezistența și impactul, menținând în același timp o bună stabilitate dimensională; piesele sunt mai dure, dar mai grele decât cele din carbon.
• Fibra de Kevlar îmbunătățește duritatea, rezistența la abraziune și flexibilitatea, făcând piesele mai durabile și mai rezistente la oboseală sau fisuri sub solicitări repetate.

Când ar trebui să utilizez filament de fibră de carbon pentru imprimantă 3D?

Aceste materiale compozite umplute sunt ideale pentru aplicații care necesită rezistență, rigiditate, durabilitate sau stabilitate termică ridicată, dincolo de ceea ce pot oferi filamentele standard. Utilizările tipice sunt componentele structurale, piesele de drone, piesele auto și dispozitivele de fixare.

Metal

Ce este filamentul metalic?

Introdus în urmă cu câțiva ani și acum în creștere rapidă în popularitate, filamentul metalic este folosit pentru a crea piese metalice reale, solide. Consumatorii și profesioniștii apelează la acest material pentru a produce orice, de la figurine la piese de schimb mici și unelte. Avantajul este economii enorme de costuri și timp față de prelucrarea sau turnarea metalului, dar există dezavantaje, cum ar fi post-procesarea.

Mai mulți producători de imprimante 3D FDM, inclusiv UltiMaker, BCN3D și Anycubic, au lansat profiluri de imprimantă care vă permit să imprimați cu filament metalic pe mașinile lor. Filamentele metalice pentru piese metalice sunt disponibile doar de la un număr mic de producători, inclusiv BASF și The Virtual Foundry. Aceste filamente conțin un procent ridicat de pulbere metalică (în jur de 80%), dar nu produc piese metalice direct de pe patul de imprimare; trebuie să treacă prin două etape de post-procesare care topesc plasticul și apoi condensează piesa metalică.

Un avantaj cheie al filamentului metalic este cât de ușor este de imprimat pe o imprimantă 3D obișnuită. Rețineți doar că, prin „obișnuită”, ne referim la orice imprimantă FDM cu pat încălzit și duză din oțel călit care poate atinge temperaturile necesare de cel puțin 180ºC până la 220ºC.

În teorie, poți imprima filament metalic pe mașini sub 200 USD, cum ar fi un Ender 3 sau un Anet A8, dar asigură-te că respecți instrucțiunile de proiectare de la producătorul filamentului și de la producătorul imprimantei, dacă sunt disponibile. Dacă nu ți se oferă informații specifice despre lățimea de extrudare, distanța de retragere și viteza, umplerea, temperatura platformei de imprimare, viteza de imprimare și alte perimetre, vei petrece mult timp și bani experimentând. Filamentul metalic începe de la 150 USD per 500 de grame.

Acesta este motivul pentru care anumiți producători de imprimante au „certificat” materialul pentru utilizarea pe mașinile lor, iar alții nu.

În a treia și ultima etapă, corpul maro este sinterizat și transformat într-un obiect metalic. Are loc o contracție neizotropă a materialului, care trebuie deja luată în considerare la proiectarea sau pregătirea obiectului pentru imprimare. În funcție de material, procentele variază între 5 și 20% (detalii specifice se vor găsi în fișa tehnică a filamentului).

Când ar trebui să utilizez filament metalic?

Datorită rezistenței lor ridicate și rezistenței la coroziune, filamentele metalice sunt ideale pentru fabricarea de piese precum corpuri de fixare, elemente de fixare, unelte și piese funcționale și de utilizare finală.

Ceară și turnabile

Ce este ceara/filamentul turnabil?

Ceara și filamentele turnabile pentru imprimante 3D sunt materiale speciale concepute pentru turnarea cu ceară pierdută. Sunt utilizate pentru a crea matrițe detaliate pentru piese metalice, în special în bijuterii, stomatologie și prototipare industrială.

Procesul se numește turnare cu „ceară pierdută” sau „de investiții” și funcționează mai mult sau mai puțin astfel:

1. Creați o matriță de ceară pozitivă – o replică din ceară a aspectului dorit pentru produsul metalic final.
2. Scufundați matrița în ipsos și lăsați-o să se usuce.
3. Puneți obiectul din ceară-tencuială într-un cuptor. La o temperatură suficient de ridicată, ceara se va topi, lăsând un spațiu negativ în interiorul tencuielii, în care produsul metalic poate fi turnat.

Filamentul de ceară pentru imprimante 3D facilitează primul pas, deoarece în mod normal ar trebui să sculptați sau să prelucrați matrița CNC dintr-un bloc de ceară. De asemenea, puteți rafina imprimarea 3D odată ce este realizată, înainte de turnare. Acestea fiind spuse, turnarea cu ceară pierdută pentru bijuterii și aplicații stomatologice se realizează de obicei folosind tehnologia de imprimare 3D cu rășină și o rășină turnabilă, datorită detaliilor fine mai mari pe care le permite.

Filamentul pe bază de ceară conține ceară reală sau compuși asemănători cerei, în timp ce rășina turnabilă sau filamentul termoplastic este proiectat să se ardă ca ceara, dar este fabricat din plastic. PLA poate fi utilizat în turnarea cu ceară pierdută, dar aceste ceruri specializate și materiale turnabile se ard mai curat.

Când ar trebui să utilizez filament de ceară/castrabil pentru imprimante 3D?

Așa cum am menționat mai sus, aceste filamente sunt utilizate în principal în fabricarea indirectă a metalelor, unde modelul imprimat este sacrificat pentru a crea o piesă metalică prin turnare cu pereți prelucrători.

Filamentele de ceară și cele turnabile pentru imprimante 3D sunt utilizate pentru a crea modele detaliate, turnabile, pentru turnarea cu pereți prefabricați. În bijuterie, acestea permit producția rapidă de piese metalice complexe, personalizate, fără sculptură manuală. Stomatologia le folosește pentru coroane, punți și structuri precise, turnate în aliaje dentare. Industriile aerospațială și auto se bazează pe ele pentru prototiparea pieselor metalice ușoare și complexe. Artiștii folosesc filamente turnabile pentru a produce sculpturi și medalii cu texturi fine, în timp ce inginerii creează prototipuri funcționale pentru testare. De asemenea, pasionații beneficiază, folosind aceste filamente pentru a turna acasă unelte și piese personalizate. Turnarea lor curată și detaliile ridicate le fac esențiale pentru transformarea designurilor digitale în obiecte metalice durabile.

ASA

Ce este filamentul ASA?

Acrilatul de acrilonitril stiren (ASA) este cunoscut pentru rezistența ridicată la impact și rezistența chimică, însă a fost creat practic cu un singur scop: utilizarea în exterior. Are rezistență ridicată la UV, rigiditate, rezistență ridicată la căldură și rezistență chimică ridicată. ASA colorat rezistă la decolorare în exterior.

Proprietățile filamentului imprimantei 3D: ASA (acrilonitril stiren acrilat)

• Rezistență: Mare | Flexibilitate: Medie | Durabilitate: Mare
• Dificultate de utilizare: Medie
• Temperatura de imprimare: 240 – 260 °C
• Temperatura patului de imprimare: 90 – 110 °C
• Contracție/deformare: Moderat spre ridicat (se recomandă închiderea cu carcasă)
• Solubil: Nu
• Siguranța alimentară: Nu este sigur pentru alimente

Este vărul mai ușor de imprimat al ABS-ului, dar necesită și temperaturi ridicate ale extruderului și ale platformei de imprimare, precum și o carcasă pentru a contracara deformarea, crăparea și contracția. Cu siguranță nu este potrivit pentru orice imprimantă, dar poate fi gestionat de mașini desktop mai performante și, bineînțeles, de mașini FDM industriale.

Deși poate fi scump de cumpărat și dificil de imprimat, calitatea filamentului ASA îl face un filament fantastic pentru cazuri de utilizare dure și dificile. Un mare dezavantaj al ASA îl reprezintă vaporii puternici și potențial periculoși, așa că trebuie utilizat cu precauție.

ASA poate fi infuzat cu sticlă și alte fibre pentru a îmbunătăți rigiditatea.

Când ar trebui să utilizez filamentul ASA pentru imprimantă 3D?

Pentru orice, de la căsuțe pentru păsări la gnomi de grădină personalizați și capace de prize de schimb, nu căutați mai departe decât acest filament pentru imprimantă 3D.

Acetal (POM)

Ce este filamentul de acetal (POM)?

POM, prescurtare de la polioximetilen, este un plastic tehnic întâlnit în fermoare, role, bucșe și angrenaje. Pe lângă faptul că are un coeficient de frecare spectaculos de scăzut, se caracterizează prin rezistență ridicată, precum și prin rezistență la temperatură, substanțe chimice și abraziune. Acest lucru îl face excelent pentru aplicații care implică contact fizic și alunecare.

Pentru majoritatea tipurilor de filament pentru imprimante 3D din această listă, există o diferență semnificativă între ceea ce se fabrică în industrie și ceea ce puteți face acasă cu imprimanta 3D. În cazul POM, această diferență este ceva mai mică; natura alunecoasă a acestui material înseamnă că imprimările pot fi aproape la fel de funcționale ca piesele produse în masă.

Proprietățile filamentului imprimantei 3D: POM (polioximetilen / acetal)

• Rezistență: Mare | Flexibilitate: Medie | Durabilitate: Foarte mare
• Dificultate de utilizare: Foarte mare (aderență slabă, vapori toxici)
• Temperatura de imprimare: 220 – 250 °C
• Temperatura patului de imprimare: 100 – 130 °C
• Contracție/deformare: Foarte mare
• Solubil: Nu
• Siguranța alimentară: În general, este considerată sigură pentru alimente, dar verificați producătorul.

Asigurați-vă că utilizați o placă de imprimare încălzită atunci când imprimați cu filament POM pentru imprimante 3D, deoarece primul strat nu se lipește întotdeauna. Mai ales având în vedere raritatea relativă a POM-ului în lumea imprimării 3D, acesta nu a fost deosebit de bine reglat pentru procesul de imprimare. Comparativ cu alte materiale dificil de imprimat, care au devenit mai accesibile, cum ar fi policarbonatul și nailonul, POM a rămas o provocare.

O nouă alternativă ar putea fi un nou filament compozit din nailon lansat de UltiMaker anul acesta. Este un copolimer unic de nailon PA6/12 cu fibră de carbon, care oferă rezistență la uzură și la temperatură de până la 180°C. Se numește „glisant” datorită formulei sale cu frecare redusă și rezistență ridicată la uzură, ideală pentru piesele care implică contact glisant cu alte materiale, cum ar fi oțelul inoxidabil.

Când ar trebui să utilizez filament de acetal (POM) pentru imprimantă 3D?

Mecanismele de angrenare din proiectele care utilizează motoare (cum ar fi mașinile RC) ar putea fi un domeniu aplicabil pentru POM. De asemenea, este ideal pentru piesele care intră în contact cu metalele dintr-un mecanism.

PMMA (Acrilic)

Ce este filamentul PMMA?

PMMA (polimetacrilat de metil), cunoscut și sub denumirea de acrilic sau plexiglas, este un filament pentru imprimante 3D apreciat pentru claritatea sa optică, rigiditatea și rezistența la intemperii. Produce piese cu un finisaj lucios, asemănător sticlei, și transmite lumina aproape la fel de bine ca sticla, fiind ideal pentru componente transparente sau transparente. Deși este rezistent mecanic și rezistent la UV, este, de asemenea, fragil și predispus la fisuri sub presiune.

Imprimarea PMMA necesită temperaturi ridicate – de obicei în jur de 230–250 °C pentru duză și 80–100 °C pentru pat – și funcționează cel mai bine într-o imprimantă închisă pentru a minimiza deformarea și crăparea. Materialul este higroscopic și trebuie păstrat uscat. Datorită dificultăților de imprimare, PMMA este mai potrivit pentru utilizatorii experimentați.

Proprietățile filamentului imprimantei 3D: PMMA (polimetacrilat de metil / acrilic)

• Rezistență: Medie | Flexibilitate: Scăzută | Durabilitate: Medie
• Dificultate de utilizare: Mare (fragil, predispus la crăpare și deformare)
• Temperatura de imprimare: 230 – 250 °C
• Temperatura patului de imprimare: 80 – 100 °C
• Contracție/deformare: Mare
• Solubil: Nu
• Siguranța alimentară: Nu este sigur pentru alimente

Când ar trebui să utilizez filament PMMA pentru imprimantă 3D?

Aplicațiile comune includ capace transparente, difuzoare de lumină, semnalizare, modele arhitecturale și prototipuri unde claritatea și rigiditatea sunt esențiale. Servește ca o alternativă bună la policarbonat în proiectele care prioritizează aspectul în detrimentul rezistenței la impact, dar majoritatea utilizatorilor care caută claritate optică în prezent tind să utilizeze policarbonat (PC), deoarece PMMA este scump.

PEI (Ultem)

Ce este filamentul PEI?

Polieterimida (PEI) a fost dezvoltată pentru prima dată în 1982 de General Electric Company (cunoscută acum sub numele de SABIC) sub denumirea comercială Ultem, așa cum este încă cunoscută în mod obișnuit. Acest plastic de înaltă performanță este caracterizat de proprietăți termice, mecanice și electrice remarcabile și este cel mai frecvent utilizat ca o alternativă rentabilă la metal. Se poate vinde cu amănuntul la peste 350 de dolari pe kilogram, deci este strict un material de calitate inginerească.

Proprietățile filamentului imprimantei 3D: PEI (polieterimidă / Ultem)

• Rezistență: Mare | Flexibilitate: Scăzută | Durabilitate: Foarte mare
• Dificultate de utilizare: Foarte mare (necesită imprimantă pentru temperaturi ridicate)
• Temperatura de imprimare: 340 – 380 °C
• Temperatura patului de imprimare: 120 – 160 °C
• Contracție/deformare: Mare
• Solubil: Nu
• Siguranța alimentară: Adesea conform cu FDA și potrivit pentru contactul cu alimentele – verificați în funcție de marcă

PEI oferă producătorilor un raport rezistență-greutate ridicat, ceea ce îl face suficient de puternic pentru a înlocui oțelul în anumite aplicații și suficient de ușor pentru a fi utilizat în altele pentru a înlocui aluminiul, în special în industria aerospațială.

Există multe tipuri de Ultem, cea mai comună fiind Ultem 1000. Ultem 1010 este un material pe bază de rășină, iar Ultem 2300 este un material armat cu 30% sticlă. Veți găsi variante PEI cu fibră de carbon.

PEI are, de asemenea, o bună rezistență la lumina UV și la intemperii și este inerent rezistent la flacără. Este, de asemenea, rezistent la alcooli, acizi și solvenți hidrocarburați, dar se dizolvă în solvenți parțial halogenați. Majoritatea claselor de PEI sunt conforme cu normele de contact cu alimentele.

Când ar trebui să utilizez filament PEI pentru imprimantă 3D?

PEI este utilizat în mod obișnuit pentru componente ale angrenajelor, carcasele de supape, carcasele de senzori și termostate în industria auto și aerospațială.

PEKK

PEKK este un alt polimer din familia poliariletercetonei (PEAK) și are proprietăți excepțional de bune de rezistență mecanică, termică și chimică. Unul dintre motivele pentru care unii producători de aditivi aleg PEKK în locul PEEK este că, în general, este mai ușor de imprimat.

PEKK poate fi procesat la temperaturi de imprimare 3D mai scăzute decât filamentele pe bază de PEEK, nu necesită o cameră supraîncălzită (precum PEEK) și are o lipire excelentă a straturilor, rezultând piese cu o precizie dimensională și o rezistență z excepționale. Acesta este un alt polimer versatil de înaltă performanță pentru imprimarea 3D, care poate înlocui piesele metalice și compozite în diverse industrii, de la industria aerospațială și auto la tehnologie medicală și marină. Materialul este rezistent la practic toate substanțele chimice organice și anorganice.

Proprietăți filamentului imprimantei 3D: PEKK (polietercetonecetonă)

• Rezistență: Foarte mare | Flexibilitate: Medie | Durabilitate: Foarte mare
• Dificultate de utilizare: Foarte mare (mai ușor decât PEEK, dar totuși solicitant)
• Temperatura de imprimare: 340 – 380 °C
• Temperatura patului de imprimare: 120 – 160 °C
• Contracție/deformare: Mare (se recomandă carcasă)
• Solubil: Nu
• Siguranța alimentară: Poate fi sigur pentru alimente și biocompatibil – verificați specificațiile producătorului

Piesele imprimate cu PEKK pot fi tratate termic (recoapte) după imprimare pentru a maximiza proprietățile de rezistență mecanică, termică și chimică. Piesele imprimate vor avea o culoare aurie translucidă și apoi vor căpăta o culoare cafenie opacă odată recoapte.

Când ar trebui să utilizez filamentul PEKK pentru imprimanta 3D?

PEKK este utilizat pentru componente structurale, console și carcase care trebuie să reziste la temperaturi extreme, solicitări mecanice și expunere la combustibili pentru avioane sau fluide hidraulice. Este preferat pentru greutatea sa mai mică în comparație cu metalele și pentru conformitatea cu standardele aerospațiale stricte, inclusiv reglementările privind flăcările, fumul și toxicitatea (FST).

PEEK

PEEK aparține familiei de polimeri poliariletercetoni (PAEK) și se bucură de o popularitate tot mai mare pentru aplicații în domeniul militar, farmaceutic, petrochimic, medical și ambalajelor alimentare.

Costul său ridicat, însă, și prelucrarea dificilă îl limitează la utilizarea industrială cu anumite imprimante. PEEK are mai puțin de jumătate din greutatea aluminiului și o șesime din cea a oțelului, ceea ce îl face un excelent înlocuitor de metal pentru piesele din industria petrolului și gazelor și din industria aerospațială. Proprietățile PEEK pot fi îmbunătățite și mai mult prin combinarea sa cu materiale compozite, cum ar fi fibra de sticlă, grafit sau armături de carbon, care ajută la combaterea contracției.

Proprietățile filamentului imprimantei 3D: PEEK (polieteretercetonă)

• Rezistență: Foarte mare | Flexibilitate: Medie | Durabilitate: Foarte mare
• Dificultate de utilizare: Foarte mare (necesită imprimantă specializată)
• Temperatura de imprimare: 360 – 400 °C
• Temperatura patului de imprimare: 120 – 160 °C
• Contracție/deformare: Foarte mare (cameră încălzită închisă esențială)
• Solubil: Nu
• Siguranța alimentară: Adesea biocompatibilă și conformă cu FDA, dar verificați cu producătorul

PEEK este utilizat și pentru implanturi medicale (deoarece este complet biocompatibil și transparent la raze X), dar există o diferență uriașă între PEEK-ul industrial și cel implantabil, Evonik oferind singurul filament PEEK complet aprobat medical de pe piață până în prezent (cu un preț de aproximativ 5.000 USD/kg).

PEEK este foarte rezistent la temperaturi extreme de până la 260°C și la fluide corozive, gaze și presiuni ridicate. Poate fi sterilizat în mod repetat, menținându-și stabilitatea dimensională.

 Când ar trebui să utilizez filament PEEK pentru imprimantă 3D?

PEEK este adesea utilizat pentru imprimarea unor componente ușoare, de înaltă rezistență, care pot rezista la căldură și solicitări, cum ar fi suporturi, conducte și carcase. În producția de automobile, este utilizat în piesele de sub capotă expuse la ulei, combustibili și temperaturi ridicate, înlocuind componentele metalice pentru a reduce greutatea fără a compromite durabilitatea.

În domeniul medical, PEEK este utilizat pentru implanturi personalizate, instrumente chirurgicale și aplicații stomatologice, deoarece este biocompatibil și sterilizabil. Poate fi adaptat nevoilor specifice ale pacientului, menținând în același timp integritatea structurală în mediile clinice. În electronică, izolația electrică excelentă a PEEK și rezistența la uzură îl fac ideal pentru conectori, izolatori și componente utilizate în medii dure sau de înaltă tensiune.

Producătorii se bazează, de asemenea, pe PEEK în producția de scule, dispozitive și dispozitive de fixare care trebuie să mențină stabilitatea dimensională în timpul utilizării repetate la temperaturi ridicate. Datorită proprietăților sale remarcabile, PEEK este ales atunci când alte filamente precum ABS, nailon sau chiar policarbonat s-ar deteriora. Cu toate acestea, imprimarea cu PEEK necesită o imprimantă 3D la temperaturi ridicate, cu o cameră încălzită și o manipulare specializată, ceea ce limitează utilizarea sa la medii industriale sau de cercetare avansate.