Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego technologia druku 3D zyskuje na popularności i zastępuje starsze, tradycyjne technologie produkcyjne?
Jeśli spróbujesz wymienić powody, dla których ta transformacja zachodzi, lista z pewnością zacznie się od personalizacji. Ludzie szukają personalizacji. Są mniej zainteresowani standaryzacją.
Zmiana zachowań ludzi i możliwość dostosowania technologii druku 3D do indywidualnych potrzeb sprawiają, że jest ona w stanie zastąpić tradycyjne technologie produkcyjne oparte na standaryzacji.
Elastyczność to ukryty czynnik stojący za poszukiwaniem personalizacji przez ludzi. A fakt, że na rynku dostępny jest elastyczny materiał do druku 3D, umożliwiający użytkownikom opracowywanie coraz bardziej elastycznych części i funkcjonalnych prototypów, jest dla niektórych użytkowników źródłem czystej rozkoszy.
Drukowana w technologii 3D moda i protezy rąk to przykłady zastosowań, w których należy docenić elastyczność druku 3D.
Drukowanie gumy 3D to obszar, który wciąż jest w fazie badań i który musi zostać rozwinięty. Na razie jednak nie dysponujemy technologią drukowania gumy 3D, dopóki guma nie stanie się całkowicie drukowalna, będziemy musieli radzić sobie z alternatywami.
A według badań najbliższą alternatywą dla gumy, która wchodzi w skład, jest termoplastyczny elastomer. Istnieją cztery różne rodzaje elastycznych materiałów, które dokładnie omówimy w tym artykule.
Te elastyczne materiały do druku 3D nazywane są TPU, TPC, TPA i Soft PLA. Zaczniemy od krótkiego omówienia elastycznych materiałów do druku 3D w ogólności.
Który filament jest najbardziej elastyczny?
Wybierając elastyczne filamenty do swojego kolejnego projektu druku 3D, otwierasz przed sobą cały wachlarz 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 funkcjonalne prototypy, takie jak niestandardowe klapki, głowice kulowe lub po prostu tłumiki drgań, można wydrukować na własnej drukarce.
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 opcji dostępnych dziś w tej dziedzinie, trudno sobie wyobrazić, jak dawno minęły czasy druku 3D bez tego materiału do drukowania.
Dla użytkowników drukowanie elastycznymi włóknami było wówczas prawdziwą udręką. Ból ten wynikał z wielu czynników, które krążyły 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 zmagała się z problemem przepychania nici, więc kiedykolwiek przepychano coś przez dyszę bez żadnej sztywności, to struna się wyginała, skręcała i stawiała opór.
Każdy, kto ma doświadczenie w przeciąganiu nici przez igłę w celu szycia dowolnego rodzaju materiału, może znać to zjawisko.
Oprócz problemu związanego z efektem 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, zacięć i wytłaczania.
Ale wiele się zmieniło, obecnie istnieje szereg miękkich włókien, niektóre z nich mają nawet właściwości elastyczne i różne poziomy miękkości. Miękkie PLA, TPU i TPE to tylko niektóre przykłady.
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 żadnych punktów odniesienia, mówiąc o twardości jakiegokolwiek materiału.
Zatem zanim wynaleziono twardość Shore'a, ludzie musieli opierać się na swoich doświadczeniach, aby objaśnić innym twardość materiału, z którym eksperymentowali, zamiast podawać konkretną liczbę.
Skala ta staje się istotnym czynnikiem przy wyborze materiału formy do produkcji 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 jest mniej przydatna niż guma o twardości 30 A w skali Shore'a.
Zwykle, mając do czynienia z włóknami, wiadomo, że zalecana twardość Shore'a dla elastycznego materiału wynosi od 100A do 75A.
Oczywiste 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 centralnego punktu, który jest dla Ciebie najważniejszy, np. od jakości materiału, która pozwoli na uzyskanie ładnie 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, ograniczoną ilość materiału do druku 3D.
Po przemyśleniu tych czynników, powinieneś pomyśleć o wysokiej elastyczności, szerokiej gamie kolorów. Ponieważ nie każdy elastyczny materiał do druku 3D będzie dostępny w kolorze, w którym chcesz go kupić.
Po rozważeniu wszystkich tych czynników można porównać obsługę klienta i ceny danej firmy z innymi firmami na rynku.
Teraz przedstawimy listę materiałów, z których można skorzystać przy drukowaniu elastycznych części lub funkcjonalnych prototypów.
Lista elastycznych materiałów do druku 3D
Wszystkie wymienione poniżej materiały mają pewne podstawowe cechy, takie jak to, że są elastyczne i miękkie z natury. Materiały te mają doskonałą odporność na zmęczenie i dobre właściwości elektryczne.
Mają nadzwyczajne tłumienie drgań i wytrzymałość na uderzenia. Materiały te wykazują odporność na chemikalia i warunki atmosferyczne, mają dobrą odporność na rozdarcie 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 powinien mieścić się w przedziale 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 ekstrudera w Twojej drukarce 3D powinien mieć napęd bezpośredni. Zaleca się również zastosowanie wentylatora chłodzącego w celu szybszej obróbki końcowej części i funkcjonalnych prototypów, które wytwarzasz.
Wyzwania podczas drukowania z tych materiałów
Oczywiście, przed drukowaniem z tych materiałów należy zwrócić uwagę na kilka kwestii, biorąc pod uwagę trudności, z jakimi dotychczas borykali się użytkownicy.
- Wiadomo, że elastomery termoplastyczne nie nadają się dobrze do obróbki przez ekstrudery drukarek.
- Absorbują wilgoć, więc możesz się spodziewać, że wydruk zwiększy swoje rozmiary, jeśli filament nie będzie przechowywany prawidłowo.
-Elastomery termoplastyczne są wrażliwe na szybkie ruchy, więc mogą się odkształcać podczas przepychania przez wytłaczarkę.
TPU
TPU to skrót od termoplastycznego poliuretanu. Jest bardzo popularny na rynku, więc kupując elastyczne filamenty, jest duże prawdopodobieństwo, że ten materiał będzie tym, z czym często się zetkniesz w porównaniu z innymi filamentami.
Na rynku jest znany ze swojej większej sztywności i łatwiejszego wytłaczania niż inne filamenty.
Materiał ten ma przyzwoitą wytrzymałość i wysoką trwałość. Ma wysoki zakres elastyczności rzędu 600 do 700 procent.
Twardość Shore'a tego materiału mieści się w przedziale od 60 A do 55 D. Materiał ten charakteryzuje się doskonałą drukownością, jest półprzezroczysty.
Jego odporność chemiczna na smary i oleje sprawia, że jest bardziej odpowiedni do stosowania w drukarkach 3D. Materiał ten ma wysoką odporność na ścieranie.
Podczas drukowania z TPU zaleca się utrzymywanie temperatury drukarki w zakresie od 210 do 230 stopni Celsjusza i temperatury stołu w zakresie od temperatury bez nagrzewania do 60 stopni Celsjusza.
Prędkość drukowania, jak wspomniano powyżej, powinna wynosić od pięciu do trzydziestu milimetrów na sekundę, natomiast do przyklejenia drukarki do podłoża 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
Są to termoplastyczne kopoliestry. Chemicznie są to polieteroestry, które mają naprzemienną losową sekwencję długości długich lub krótkich łańcuchów glikoli.
Twarde segmenty tej części to krótkołańcuchowe jednostki estrowe, natomiast miękkie segmenty to zazwyczaj alifatyczne polietery i poliestroglikole.
Ponieważ ten elastyczny materiał do druku 3D jest uważany za materiał klasy inżynieryjnej, nie jest to materiał spotykany tak często jak TPU.
TPC ma niską gęstość z zakresem sprężystości od 300 do 350 procent. Jego twardość Shore'a waha się od 40 do 72 D.
TPC charakteryzuje się dobrą odpornością na działanie substancji chemicznych i wysoką wytrzymałością, przy dobrej stabilności termicznej i odporności 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, to połączenie gładkiej i lśniącej tekstury, jaką charakteryzuje się nylon, z elastycznością, która jest zaletą TPE.
Posiada wysoką elastyczność i sprężystość rzędu 370–497 procent, przy twardości Shore’a wynoszącej od 75 do 63 A.
Jest wyjątkowo trwały i wykazuje drukowalność na tym samym poziomie co TPC. Ma dobrą odporność na ciepło, a także przyczepność warstw.
Temperatura ekstrudera drukarki podczas drukowania tego materiału powinna wynosić od 220 do 230 stopni Celsjusza, natomiast temperatura platformy powinna wynosić od 30 do 60 stopni Celsjusza.
Prędkość drukowania Twojej drukarki może być taka sama, jak zalecana w przypadku drukowania TPU i TPC.
Przyczepność drukarki do podłoża powinna opierać się na PVA, a układ wytłaczarki może być napędem bezpośrednim lub Bowden.
Czas publikacji: 10-07-2023