Как работают FDM-принтеры?

Принтеры FDM - это самые распространённые машины для 3D-печати, от настольных принтеров для детей до профессиональных систем, используемых производственными компаниями. Принтеры FDM оснащены соплом (или соплами), которое плавит и выдавливает материал волокна и наносит объект слой за слоем в соответствии с кодом. Принтеры FDM просты и безопасны в использовании даже дома, для печати не обязательно требуются сложные методы постобработки, а ассортимент материалов и обновлений продолжает расти вместе с популярностью. В результате производители всегда выпускают на рынок различные типы машин, инструментов и материалов, чтобы улучшить процессы 3D-печати FDM и удовлетворить спрос. Давайте посмотрим на некоторые часто используемые волокна, их свойства, преимущества и недостатки.

Что такое PLA?

PLA stands for Polylactic Acid and it’s the classic filament people 3D print with. PLA is a biodegradable and bioactive thermoplastic polyester that is made from natural products like corn starch, making it more environmentally-friendly compared to other plastics. Suitable applications for PLA include parts, prototypes and products that are not required to endure extreme stressPLA расшифровывается как полиоксипропионовая кислота, и это классическая филаментная нить, с которой люди делают 3D-печать. PLA - это биоразлагаемый и биоактивный термопластичный полиэстер, который производится из натуральных продуктов, таких как кукурузный крахмал, что делает его более экологически чистым по сравнению с другими пластиками. Подходящие области применения PLA: детали, прототипы и продукты, которые не должны выдерживать экстремальных нагрузок.

Изображение: деталь из ПЛА от Seaside 3D

Преимущества ПЛА

Готовый продукт:

  • Точно нанесённые слои обеспечивают прекрасную отделку поверхности
  • Лёгкая постобработка
  • Биоразлагаемый
  • Доступно много цветов или продукты можно легко раскрасить
  • Можно запечь для повышения прочности

В процессе печати:

  • Простая и быстрая 3D-печать
  • Более низкая температура печати
  • Низкая усадка

Недостатки ПЛА

Готовый продукт:

  • Не очень прочный
  • Становится мягче (может искривляться или деформироваться) при температуре около 140°F (60°C)
  • Плохая стойкость к ультрафиолетовому излучению

В процессе печати:

  • Всасывает влагу из воздуха
  • Иногда вызывает засорение сопла

Что такое АБС?

АБС - аббревиатура от акрилонитрилбутадиенстирола и представляет собой аморфный полимер, используемый в 3D-печати. АБС-пластик обычно производится путём процесса эмульгирования 3-х компонентов или перерабатывается сам по себе. Он широко используется при производстве множества повседневных товаров, таких как колпачки для клавиш на клавиатуре. АБС используется, когда деталям требуется дополнительная прочность; однако некоторые улучшенные композиты постепенно начинают его вытеснять.

Изображение: Детали из АБС-пластика от Cape_Olive

Преимущества АБС

Готовый продукт

  • Жёсткость и долговечность
  • Перерабатываемый
  • Лёгкая постобработка и покраска
  • Абразивная стойкость
  • Выдерживает более высокие температуры 212°F (около 100°C)
  • Доступно множество цветов и композитов
  • Может быть обработан

В процессе печати:

  • Можно смягчить ацетоном

Недостатки АБС

Готовый продукт:

  • Чувствительный к ультрафиолетовому излучению

В процессе печати:

  • Более высокая температура печати
  • Сложнее печатать
  • Плохо пахнет при нагревании
  • Всасывает влагу из воздуха

Что такое ПЭТ?

Полиэтилентерефталат - это то, что означает ПЭТ, представляет собой термопластичную полимерную смолу из семейства полиэфиров. Он состоит из двух мономеров и широко используется практически для всего - от бутылок до одежды. Этот материал имеет репутацию загрязняющего наши океаны. Однако при использовании в производстве и прототипировании он имеет много преимуществ.

Преимущества ПЭТ

Готовый продукт:

  • Безопасен для пищевых продуктов
  • Слои выглядят красиво и гладко
  • Гибкий
  • Влагостойкий
  • Перерабатываемый
  • Довольно жёсткий и ударопрочный
  • Бывает полупрозрачным
  • Может подвергаться постобработке и покраске

В процессе печати:

  • Не сложно печатать
  • Диапазон температур печати от ПЛА до АБС

Недостатки ПЭТ

Готовый продукт:

  • Имеет определённый блеск, поэтому некоторые детали трудно заметить, а некоторые внутренние структуры, напротив, видны благодаря полупрозрачности некоторых нитей
  • Средняя термостойкость
  • Становится мягче при температуре около 158°F (70°C)

В процессе печати:

  • Изменяет цвет во время печати (с полупрозрачного на непрозрачный или полупрозрачный)
  • Становится хрупким при перегреве во время печати

Что такое ПЭТГ?

ПЭТГ отличается от ПЭТ единственной буквой «Г», которая обозначает гликоль, добавляемый в материал. Это прозрачный аморфный термопласт, который улучшает ПЭТ, делая его более прочным и долговечным, что привело к появлению ПЭТГ.

Изображение: детали из PETG от Seaside 3D

Преимущества ПЭТГ

Готовый продукт:

  • Слои выглядят красиво и гладко
  • Безопасен для пищевых продуктов и даже стерилизован
  • Твёрдые печатные изделия
  • Перерабатываемый
  • Хорошая термостойкость и стрессоустойчивость
  • Влагостойкий

В процессе печати:

  • Остаётся прекрасным и прочным даже при перегреве во время печати
  • Средняя сложность печати
  • Диапазон температур печати от ПЛА до АБС
  • Имеет низкую усадку

Недостатки ПЭТГ

Готовый продукт:

  • Меньше вариаций ПЭТГ по сравнению с ПЛА и АБС
  • Царапины появляются легче
  • Чувствителен к ультрафиолетовому излучению
  • Становится мягче при 176°F (around 80°C)

В процессе печати:

  • Может изменять цвет во время печати (от полупрозрачной нити до мутной или полупрозрачной)

Что такое ТПУ?

ТПУ или термопластичный полиуретан - это резиноподобный материал, используемый в 3D-печати для производства полугибких деталей. Технически это полиуретановый пластик и блок-сополимер - его структура состоит из цепочки твёрдых и мягких сегментов.

Преимущества ТПУ

Готовый продукт:

  • Гибкий
  • Хорошая стойкость к истиранию
  • Отличная стойкость к маслам и жирам
  • Высокая прочность
  • Может быть полупрозрачным
  • Выдерживает температуру до 176° F (80°C)
  • Износостойкий

В процессе печати:

  • Низкая усадка

Недостатки ТПУ

Готовый продукт:

  • Трудно сделать постобработку
  • Сложно склеивать детали
  • Меньше вариаций, чем у некоторых пластиковых нитей

В процессе печати:

  • Сложно сделать 3D-печать
  • Высокая температура печати

Что такое ПК?

Поликарбонат или просто ПК - это термопластичный полимер, содержащий в своей структуре карбонатные группы, что делает нить намного прочнее и является хорошей альтернативой АБС. Промышленный ПК можно использовать в медицине, самолётостроении и строительстве, а также для изготовления бутылок, стаканов и электроники.

Преимущества ПК

Готовый продукт:

  • Сильный
  • Термостойкий
  • Лёгкая постобработка
  • Можно стерилизовать
  • Может быть прозрачным
  • Может быть огнестойким
  • Прочный

     

В процессе печати:

  • Легче печатать по сравнению с АБС

Недостатки ПК

Готовый продукт:

  • Чувствительный к ультрафиолетовому излучению

В процессе печати:

  • Высокая температура печати
  • Трудно печатать
  • Хорошо впитывает влагу

Что такое нейлон?

Нейлон - это материал, пользующийся хорошей репутацией для изготовления прототипов благодаря своим отличным механическим свойствам. Нейлоновые нити могут быть созданы из различных полиамидов с уникальными свойствами, которые могут влиять на уровень прочности. Этот материал используется для 3D-печати SLS.

Преимущества нейлона

Готовый продукт:

  • Можно покрывать и красить
  • Высокая прочность на разрыв
  • Долговечность
  • Хорошее качество деталей
  • Ударопрочность
  • Тонкие детали могут быть гибкими
  • Термостойкость

В процессе печати:

  • Хорошая альтернатива АБС

Недостатки нейлона

Готовый продукт:

  • Могут появиться царапины

В процессе печати:

  • Имеет запах
  • Гигроскопичен (всасывает много влаги)
  • Трудно печатать из-за его эластичности

Что такое ASA?

ASA - акрилонитрилстиролакрилат, термопласт, изначально созданный как альтернатива АБС. Основная цель ASA - высококачественные детали, которые обладают прочностью и могут выдерживать ультрафиолетовое излучение, а также температуры до 208°F (98°C) или до - 85°F (- 65°C). ASA настоятельно рекомендуется для деталей, используемых на открытом воздухе, чтобы противостоять экстремальным погодным условиям.

Преимущества ASA

Готовый продукт:

  • Прочный и долговечный
  • Менее меняется цвет с течением времени
  • Высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям
  • Выдерживает высокие и низкие температуры
  • Более устойчив к растрескиванию под напряжением (даже больше, чем АБС)

В процессе печати:

  • Можно разглаживать ацетоном

Недостатки ASA

Готовый продукт:

  • На улице желтеет (теряет цвет) сильнее, чем в помещении

В процессе печати:

  • Сложно делать 3D-печать
  • Высокая температура печати
  • Умеренно гигроскопичен (всасывает немного влаги из воздуха)

Что такое ULTEM?

Ultem - это группа фирменных материалов, используемых на некоторых профессиональных принтерах FDM. С химической точки зрения Ultem - это смола из семейства полиэфиримидов (PEI). Есть несколько типов смол Ultem, которые немного отличаются друг от друга. Однако предполагается, что всё семейство этих термопластов должно быть достаточно термостойким, прочным и должно обеспечивать высокие характеристики печатаемых объектов.

Преимущества ULTEM

Готовый продукт:

  • Термостойкий
  • Стрессоустойчивый
  • Некоторые типы биосовместимы и проходят тесты на токсичность/дымность
  • Химическистойкий
  • Прочный и диэлектрический

В процессе печати:

  • отсутствуют данные

Недостатки ULTEM

Готовый продукт: 

  • отсутствуют данные

В процессе печати:

  • Выделяет дымы  302 – 392°F (150 – 200°C)
  • Может быть сложно напечатать на 3D-принтере
  • Высокая температура печати

Что нужно учитывать при выборе филамента?

Некоторые из наиболее устойчивых и прочных материалов требуют для печати высокие температуры, а это означает, что не все настольные машины способны изготавливать детали из этих филаментов. Конечно, с некоторыми обновлениями любители могут перекодировать свои машины и печатать, не выходя из собственного дома, однако машина, выбранная для печати, и навыки владельца/оператора играют большую роль в определении окончательного результата ваших 3D-изделий, включая: 

  1. Прочность объекта - Существует множество факторов, которые могут помочь или испортить прочный и надёжный материал, а также конструкцию печатного изделия. Слишком низкая или слишком высокая температура, плохое охлаждение или хранение делают даже такие волокна, как ПЭТ, АБС и Ultem, слабыми, они растрескиваются, скручиваются или деформируются. Несмотря на то, что материалы способны выдерживать нагрузки, в плохих условиях печати нити накала плохо сцепляются друг с другом, что приводит к выходу из строя.
  2. Качество поверхности - Помимо температуры, существуют настройки резки, типы сопел и конфигурации машины (например, тип и скорость подачи материала), которые, если они установлены неправильно, могут вызвать изменение цвета, появление пятен и шероховатых поверхностей.
  3. Точность размеров- Неточность печатных изелий может произойти со всеми нитями, однако гибкие материалы, такие как ТПУ, нейлон и другие, сложнее контролировать на данном этапе. Нагретый материал ложится идеально, но во время печати первый слой остывает и может начать сжиматься и коробиться, вызывая дальнейшие деформации и неточности объектов.

Также важно учитывать, что практически все упомянутые материалы могут быть произведены разными производителями и, как следствие, различаются по составу и свойствам. Например, стандартный АБС-пластик может быть изготовлен с разными пропорциями трёх мономеров, поэтому в зависимости от концентрации каждого его характеристики варьируются от хороших и крепких до неприятно пахнущих. 

Некоторые дополнительные компоненты, добавленные в филамент, могут улучшить его свойства, а печать FDM отлично подходит для экспериментов с множеством композитов. Не существует универсального материала, подходящего для всех нужд, поэтому всегда лучше выбирать нить в соответствии с вашими конкретными потребностями. Не пытайтесь включить в печать все возможные свойства - обычно с более красивыми волокнами труднее работать, и некоторые из их преимуществ могут сводить друг друга на нет. Постарайтесь сконцентрироваться на основной цели Вашей детали, потому что некоторые слабые места почти каждой нити можно улучшить, исправив настройки, геометрию и при правильной отделке.