Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego technologia druku 3D zyskuje na popularności i zastępuje starsze, tradycyjne metody produkcji?
Jeśli spróbujesz wymienić powody tej transformacji, lista z pewnością zacznie się od personalizacji. Ludzie szukają personalizacji. Standaryzacja jest dla nich mniej istotna.
Zmiana zachowań ludzi i możliwość personalizacji produktów dzięki technologii druku 3D sprawiają, że jest ona w stanie zastąpić tradycyjne technologie produkcji oparte na standaryzacji.
Elastyczność to ukryty czynnik stojący za poszukiwaniem personalizacji. Fakt, że na rynku dostępne są elastyczne materiały do druku 3D, umożliwiające użytkownikom tworzenie coraz bardziej elastycznych części i funkcjonalnych prototypów, jest dla niektórych źródłem prawdziwej satysfakcji.
Drukowana w technologii 3D moda i protezy rąk to przykłady zastosowań, w których można docenić elastyczność druku 3D.
Druk 3D z gumy to obszar wciąż badany i wymagający rozwoju. Na razie jednak nie dysponujemy technologią druku 3D z gumy, dopóki guma nie stanie się w pełni drukowalna, będziemy musieli radzić sobie z alternatywami.
Według badań, najbliższą alternatywą dla gumy są elastomery termoplastyczne. Istnieją cztery rodzaje elastycznych materiałów, które omówimy szczegółowo w tym artykule.
Te elastyczne materiały do druku 3D nazywane są TPU, TPC, TPA i Soft PLA. Zacznijmy od krótkiego omówienia elastycznych materiałów do druku 3D.
Który filament jest najbardziej elastyczny?
Wybierając elastyczne filamenty do swojego kolejnego projektu druku 3D, otwierasz przed sobą mnóstwo różnych możliwości wydruków.
Za pomocą filamentu elastycznego można nie tylko drukować różnego rodzaju przedmioty, ale jeśli posiadasz drukarkę z ekstruderem dwu- lub wielogłowicowym, możesz także drukować naprawdę niesamowite rzeczy przy użyciu tego materiału.
Części i prototypy funkcjonalne, takie jak niestandardowe klapki, głowice kulowe lub po prostu tłumiki drgań, można wydrukować za pomocą własnej drukarki.
Jeśli zdecydujesz się na wykorzystanie filamentu Flexi do drukowania swoich przedmiotów, z pewnością uda Ci się przekształcić swoje wyobrażenia w rzeczywistość.
Biorąc pod uwagę tak wiele dostępnych dziś opcji w tej dziedzinie, trudno sobie wyobrazić, jak dawno minęły czasy, gdy w dziedzinie druku 3D nie było tego materiału do drukowania.
Dla użytkowników drukowanie z elastycznych filamentów było wówczas prawdziwą udręką. Przyczyną tego problemu było wiele czynników, które skupiały się wokół jednego, wspólnego faktu – że materiały te są bardzo miękkie.
Miękkość elastycznego materiału do druku 3D sprawiała, że drukowanie go za pomocą byle jakiej drukarki było ryzykowne. Zamiast tego potrzebne było coś naprawdę niezawodnego.
Większość drukarek w tamtych czasach borykała się z problemem przepychania nici, więc kiedykolwiek przepychano coś przez dyszę bez żadnej sztywności, to się ona wyginała, skręcała i stawiała opór.
Każdy, kto ma doświadczenie w przeciąganiu nici przez igłę w celu szycia dowolnego rodzaju materiału, zna to zjawisko.
Oprócz problemu efektu wypychania, produkcja miękkich włókien, takich jak TPE, była zadaniem niezwykle trudnym, zwłaszcza przy zachowaniu dobrych tolerancji.
Jeśli weźmiesz pod uwagę słabą tolerancję i rozpoczniesz produkcję, istnieje ryzyko, że wyprodukowany przez Ciebie filament będzie musiał zostać poddany słabemu procesowi obróbki, zacięciom i wytłaczaniu.
Ale sytuacja się zmieniła – obecnie dostępny jest szereg miękkich filamentów, z których niektóre mają właściwości elastyczne i różnią się stopniem miękkości. Przykładami są miękkie PLA, TPU i TPE.
Twardość Shore'a
Jest to powszechne kryterium, które można spotkać u producentów filamentów podających obok nazwy materiału do druku 3D.
Twardość Shore’a jest definiowana jako miara odporności materiału na wgniecenia.
Skalę tę wynaleziono w przeszłości, gdy ludzie nie mieli żadnego punktu odniesienia przy określaniu twardości jakiegokolwiek materiału.
Zanim więc wynaleziono twardość Shore’a, ludzie musieli opierać się na własnych doświadczeniach, aby objaśnić innym twardość materiału, z którym przeprowadzali eksperymenty, zamiast podawać konkretną wartość liczbową.
Skala ta staje się ważnym czynnikiem przy podejmowaniu decyzji, jaki materiał formy wybrać do wytworzenia części funkcjonalnego prototypu.
Na przykład, gdy chcesz wybrać pomiędzy dwoma rodzajami gumy do wykonania odlewu gipsowej baletnicy, twardość w skali Shore'a podpowie Ci, że guma o małej twardości 70 A będzie mniej przydatna niż guma o twardości 30 A w skali Shore'a.
Zazwyczaj, mając do czynienia z włóknami, wiadomo, że zalecana twardość Shore'a dla elastycznego materiału mieści się w przedziale od 100A do 75A.
W takim przypadku oczywistym jest, że elastyczny materiał do druku 3D o twardości 100A w skali Shore'a będzie twardszy od materiału o twardości 75A.
Na co zwrócić uwagę przy zakupie elastycznego filamentu?
Przy zakupie dowolnego filamentu, nie tylko elastycznego, należy wziąć pod uwagę różne czynniki.
Należy zacząć od najważniejszego punktu centralnego, np. od jakości materiału, która pozwoli na uzyskanie dobrze wyglądającego, funkcjonalnego prototypu.
Następnie należy pomyśleć o niezawodności łańcucha dostaw, tzn. materiał, którego raz użyjesz do druku 3D, powinien być stale dostępny, w przeciwnym razie będziesz musiał wykorzystać dowolną ilość materiału do druku 3D.
Po rozważeniu tych czynników, warto rozważyć wysoką elastyczność i szeroką gamę kolorów. Nie każdy elastyczny materiał do druku 3D będzie dostępny w kolorze, który Cię interesuje.
Po rozważeniu wszystkich tych czynników można porównać obsługę klienta i ceny danej firmy z cenami innych firm na rynku.
Poniżej przedstawiamy listę materiałów, które można wybrać do drukowania elastycznych części lub funkcjonalnych prototypów.
Lista elastycznych materiałów do druku 3D
Wszystkie wymienione poniżej materiały charakteryzują się pewnymi podstawowymi cechami, takimi jak elastyczność i miękkość. Materiały te charakteryzują się doskonałą odpornością na zmęczenie i dobrymi właściwościami elektrycznymi.
Charakteryzują się one wyjątkową amortyzacją drgań i odpornością na uderzenia. Materiały te wykazują odporność na działanie chemikaliów i warunków atmosferycznych, a także dobrą odporność na rozdarcia i ścieranie.
Wszystkie z nich nadają się do recyklingu i charakteryzują się dobrą amortyzacją.
Wymagania dotyczące drukarki do drukowania przy użyciu elastycznych materiałów do druku 3D
Przed rozpoczęciem drukowania na tych materiałach należy przestrzegać pewnych standardowych zasad dotyczących ustawienia drukarki.
Zakres temperatur ekstrudera Twojej drukarki powinien wynosić od 210 do 260 stopni Celsjusza, natomiast zakres temperatur platformy od temperatury otoczenia do 110 stopni Celsjusza, w zależności od temperatury zeszklenia materiału, który chcesz drukować.
Zalecana prędkość drukowania na materiałach elastycznych może wynosić od zaledwie pięciu milimetrów na sekundę do trzydziestu milimetrów na sekundę.
Układ wytłaczarki w Twojej drukarce 3D powinien mieć napęd bezpośredni. Zaleca się również zastosowanie wentylatora chłodzącego, aby przyspieszyć obróbkę końcową części i funkcjonalnych prototypów, które wytwarzasz.
Wyzwania związane z drukowaniem z tych materiałów
Oczywiście, przed drukowaniem przy użyciu tych materiałów należy zwrócić uwagę na pewne kwestie, biorąc pod uwagę trudności, z jakimi do tej pory borykali się użytkownicy.
- Wiadomo, że elastomery termoplastyczne nie nadają się dobrze do obróbki przez wytłaczarki drukarek.
- Absorbują wilgoć, więc możesz spodziewać się, że wydruk zwiększy swoje rozmiary, jeśli filament nie będzie przechowywany prawidłowo.
-Elastomery termoplastyczne są wrażliwe na szybkie ruchy, dlatego mogą się odkształcać podczas przepychania przez wytłaczarkę.
TPU
TPU to skrót od termoplastycznego poliuretanu. Jest on bardzo popularny na rynku, więc kupując elastyczne filamenty, istnieje duże prawdopodobieństwo, że ten materiał będzie najczęściej spotykany w porównaniu z innymi filamentami.
Na rynku jest on znany z tego, że charakteryzuje się większą sztywnością i łatwością wytłaczania niż inne filamenty.
Materiał ten charakteryzuje się przyzwoitą wytrzymałością i wysoką trwałością. Charakteryzuje się wysokim zakresem sprężystości, rzędu 600–700%.
Twardość Shore'a tego materiału waha się od 60 A do 55 D. Materiał ten charakteryzuje się doskonałą drukownością, jest półprzezroczysty.
Jego odporność chemiczna na naturalne smary i oleje sprawia, że jest on bardziej odpowiedni do stosowania w drukarkach 3D. Materiał ten charakteryzuje się wysoką odpornością na ścieranie.
Podczas drukowania z TPU zaleca się, aby temperatura drukarki mieściła się w przedziale od 210 do 230 stopni Celsjusza, a temperatura stołu — w przedziale od temperatury bez nagrzewania do 60 stopni Celsjusza.
Prędkość drukowania, jak wspomniano powyżej, powinna wynosić od pięciu do trzydziestu milimetrów na sekundę, natomiast do mocowania drukarki na stole zaleca się użycie taśmy kaptonowej lub malarskiej.
Ekstruder powinien mieć napęd bezpośredni, a wentylator chłodzący nie jest zalecany, przynajmniej w przypadku pierwszych warstw tej drukarki.
TPC
Skrót od termoplastycznego kopoliestru. Z chemicznego punktu widzenia są to polieteroestry, które zawierają naprzemiennie ułożone, losowe sekwencje glikoli o długich lub krótkich łańcuchach.
Twarde segmenty tej części to jednostki estrów krótkołańcuchowych, natomiast miękkie segmenty to zazwyczaj alifatyczne polietery i glikole poliestrowe.
Ponieważ ten elastyczny materiał do druku 3D jest uważany za materiał klasy inżynieryjnej, nie spotyka się go tak często jak TPU.
TPC charakteryzuje się niską gęstością i zakresem sprężystości od 300 do 350 procent. Jego twardość w skali Shore'a waha się od 40 do 72 D.
TPC charakteryzuje się dobrą odpornością na działanie substancji chemicznych, dużą wytrzymałością, dobrą stabilnością termiczną i odpornością na temperaturę.
Podczas drukowania przy użyciu TPC zaleca się utrzymanie temperatury w zakresie od 220 do 260 stopni Celsjusza, temperatury stołu w zakresie od 90 do 110 stopni Celsjusza i prędkości drukowania takiej samej jak w przypadku TPU.
TPA
Kopolimer chemiczny TPE i nylonu, zwany poliamidem termoplastycznym, łączy w sobie gładką i lśniącą fakturę nylonu z elastycznością, będącą zaletą TPE.
Posiada wysoką elastyczność i sprężystość w zakresie od 370 do 497 procent, przy twardości Shore’a w zakresie od 75 do 63 A.
Jest wyjątkowo trwały i charakteryzuje się drukownością na poziomie TPC. Charakteryzuje się dobrą odpornością na ciepło oraz przyczepnością warstw.
Temperatura ekstrudera drukarki podczas drukowania tym materiałem powinna mieścić się w zakresie 220–230 stopni Celsjusza, natomiast temperatura stołu powinna mieścić się w zakresie 30–60 stopni Celsjusza.
Prędkość drukowania Twojej drukarki może być taka sama, jak zalecana w przypadku drukowania TPU i TPC.
Przyczepność drukarki do podłoża powinna być oparta na PVA, a układ wytłaczarki może być napędem bezpośrednim lub Bowden.
Czas publikacji: 10 lipca 2023 r.