Krótka podróż po materiałach w druku 3D

Wstęp

Druk 3D to bardzo szeroka dziedzina zajmująca się wytwarzaniem obiektów metodami przyrostowymi. Wśród dostępnych technologii znajdziemy takie, które pozawalają na wytwarzanie elementów z tworzyw sztucznych, ceramiki a nawet metali. W tym artykule dowiesz się jakie materiały stosowane są w jednej z najpopularniejszych metod druku 3D jaką jest technologia FDM/FFF. Jeśli znajdujesz się w tym miejscu, pewnie wiesz na czym ona polega, ale dla nielicznych czytających zaraz po krótce ją opiszemy.

Technologia FDM/FFF polega na podgrzewaniu materiału w postaci żyłki (filamentu) do stanu półpłynnego a następnie przepuszczanie go przez głowicę i nałożenie na polu roboczym maszyny. W taki sposób warstwa po warstwie na stole drukarki powstaje model 3D utworzony z kolejno nałożonych na siebie linii. W zależności od konstrukcji możemy mieć różne sposoby poruszania się głowicy lub stołu, które umożliwiają tworzenie elementu przestrzennego. Maszyny działające w technologii FFF pozwalają na otrzymanie działającej części nawet w kilka godzin od rozpoczęcia procesu produkcji. Szereg możliwości i zastosowań a także prostota i wysoka dostępność maszyn sprawia, że druk 3D w we wcześniej przytoczonej technologii jest bardzo popularny wśród profesjonalistów jak i domowych hobbystów.


Materiały w druku 3D FDM/FFF

W technologii FDM/FFF dostępna jest bardzo szeroka gama tworzyw, z których możemy wytworzyć nasz model. W tym artykule skupimy się na kilku najpopularniejszych materiałach, które warto przetestować jeśli posiadamy własną drukarkę 3D. Niektóre z nich są bardziej wymagające technologicznie i potrzebują do drukowania komory lub wyższych temperatur dyszy i stołu.

Każdy materiał na końcu charakterystyki zostanie oceniony w czterech kategoriach: łatwość drukowania, dostępność, wytrzymałość i cena. Oceny są subiektywne i wystawiane na bazie naszego doświadczenia. Nie każdy użytkownik może mieć takie same spostrzeżenia na temat trudności druku wybranego materiału.
Łatwość drukowania mówi nam o wymaganiach sprzętowych oraz szansie powodzenia druku. Im wyższa wartość w tej kategorii tym materiał jest łatwiejszy do drukowania.
Dostępność mówi nam o gamie kolorów oraz ilości producentów posiadających w swojej ofercie dany materiał. Im większa ilość punktów tym oferta danego materiału jest szersza.
Kategoria wytrzymałość informuje o wytrzymałości mechanicznej materiału. Oceniamy tu również odporność temperaturową czy możliwość zastosowania materiału na zewnątrz w warunkach atmosferycznych. Im wyższa ocena tym lepsze właściwości techniczne opisywanego materiału.
Parametr ceny odnosi się do średnich cen danego materiału i klasyfikuje materiały do grup filamentów tańszych (wysokie oceny) i droższych (oceny niskie).

PLA (Poliaktyd)

PLA jest materiałem pochodzenia naturalnego, w pełni biodegradowalnym polimerem. Materiał ten otrzymywany jest z surowców odnawialnych np.: mączki kukurydzianej, buraków cukrowych czy ziemniaków. PLA ma dobre właściwości mechaniczne, nie jest toksyczny, a także posiada odporność na promieniowanie UV. Kluczowym aspektem druku z tego materiału jest brak wydzielania toksycznych oparów w trakcie procesu druku, co w przypadku zastosowań domowych jest bardzo ważne. PLA nie wymaga wysokiej temperatury dyszy (wystarczy nawet 180-185°C) ani stołu (nawet 40°C). Jest to świetny materiał do rozpoczęcia swojej przygody z drukiem 3D.

Łatwość drukowania 10/10
Dostępność 10/10
Wytrzymałość 3/10
Cena 10/10


Oferta filamentów PLA

PETG

PETG to kopolimer, który można kojarzyć z codziennego życia. Materiał ten o nazwie PET jest wykorzystywany do produkcji m.in. butelek do napojów czy opakowań do żywności. PETG wykorzystywany do druku 3D otrzymał literkę "G" od Glikolu, który dodawany jest w produkcji materiałów do wykorzystywania na drukarkach. PETG to niejako hybryda cech, które posiadają PLA oraz ABS/ASA. PETG jest stosunkowo łatwy w druku, posiada bardzo dobre właściwości mechaniczne, można zastosować go do elementów zewnętrznych i może pracować w podwyższonych temperaturach, ponieważ jego temperatura mięknięcia to około 80°C. PETG nie wykazuje skurczu w trakcie i po skończeniu druku co odróżnia go od ABSu i ASA. Ważną cechą tego tworzywa jest możliwość jego recyklingu.
Polecamy go drukarzom, którzy mają już pierwsze wydruki za sobą, a chcą wydrukować element, który potrzebuje lepszych właściwości mechanicznych lub odporności na warunki atmosferyczne, w tym wysokie temperatury.

Łatwość drukowania 7/10
Dostępność 7,5/10
Wytrzymałość 7/10
Cena 6/10

Oferta filamentów PETG

ASA/ABS

Materiały ASA i ABS zostały przez nas sklasyfikowane w jednej grupie ze względu na bardzo duża bliskość pochodzenia i właściwości. ABS (akrylonitryl-butadien-styren) i ASA (akrylonitryl-styren-akrylan) są materiałami o bardzo dobrych właściwościach mechanicznych. Oba materiały charakteryzują się wysoką odpornością temperaturową oraz chemiczną, maja dużą sztywność oraz dobrą adhezję międzywarstwową, a także dość łatwo poddają się obróbce mechanicznej. Oba materiały wymagają stosunkowo wysokich temperatur druku (około 220-230°C) i stołu (około 100°C). Niestety również oba materiały emitują toksyczne opary, więc przebywanie w pomieszczeniu z drukarką pracującą na ABS lub ASA nie jest zalecane.
Napisaliśmy, że materiały te są bardzo do siebie podobne, ale oczywiście nie są takie same. ABS ma lepszą odporność mechaniczną niż ASA, a także możliwe jest wygładzanie wydruków za pomocą acetonu. ASA ma jedną, bardzo ważną przewagę nad ABS, która objawia się w procesie druku. ASA nie wykazuje tak dużego skurczu w trakcie jak i po wydruku. Niestety nie możemy tutaj wykazać, że skurcz nie występuje, ale jest on znaczącą mniej uporczywy niż przy schładzaniu się ABSu.
ABS i ASA polecamy bardziej doświadczonym drukarzom, którzy dysponują zabudowanymi drukarkami i najlepiej oddzielnym pomieszczeniem, w którym drukują elementy. 

Łatwość drukowania 4/10
Dostępność 6/10
Wytrzymałość 8/10
Cena 5/10

Oferta filamentów ASA

TPU/FLEX

TPU czyli termoplastyczny poliuretan i filamenty FLEX są materiałami elastycznymi, które zarówno przed jak i po wydrukowaniu nie wykazują dużej sztywności. Filamenty te charakteryzują się elastycznością po wydruku co pozwala na drukowanie elementów miękkich takich jak uszczelki, podkładki czy mocowania.
TPU/FLEX należy drukować na ekstruderze typu direct. Jest to ekstruder, który podaje filament bezpośrednio do hotendu bez konieczności przepychania go np.: przez teflonową rurkę jak to jest w przypadku ekstrudera Bowden. Materiały elastyczne poza specyficznym sposobem podawania filamentu wymagają ponad 200°C na dyszy oraz podgrzewanego stołu. Na plus drukowania działa brak konieczności posiadania zamkniętej komory drukarki oraz brak skurczu elementów.
TPU/FLEX jest bardzo ciekawym materiałem, który warto przetestować, aby móc cieszyć się elastycznymi wydrukami 3D.

Łatwość drukowania 4/10
Dostępność 5/10
Wytrzymałość 5/10
Cena 4/10

Oferta filamentów TPU


Powyżej opisane filamenty to tylko część dostępnych do drukowania 3D materiałów. Ilość dostępnych rodzajów tworzyw, które możemy przetopić na drukarkach 3D jest naprawdę imponująca. Mamy nadzieje, że powyższy artykuł pomoże w doborze odpowiedniego materiału do Państwa projektów.