La 3D печатът се превърна от почти научна фантастика да се превърне в ежедневна технология в работилници, фабрики, университети и дори у дома. Днес всичко - от прости модели до части за самолети, медицински имплантиспортни протези, бижута или промишлени прототипи за броени часове.
За да се възползвате наистина от тази технология, не е достатъчно да имате добър принтер: ключово е да разберете как да го използвате. Какви материали са налични за 3D печат?какви свойства имат и в кои приложения се отличават. Не всички пластмаси или смоли са подходящи за една и съща цел и изборът на грешен материал може да съсипе проект, който на хартия е бил перфектен.
Какво точно е 3D печат и как материалите се съчетават?
Когато говорим за 3D печат, имаме предвид набор от адитивни производствени процесиВ този процес машина отлага много тънки слоеве материал, докато се изгради триизмерен обект. Моделът се създава в 3D софтуер, нарязва се на слоеве с помощта на програма за нарязване и принтерът следва тези инструкции слой по слой.
Хубавото е, че тези слоеве могат да бъдат направени от пластмаси, смоли, метали, керамика или дори гъвкави материалиСофтуерът изчислява пътя на дюзата или лазера и принтерът добавя материал на правилните координати. В зависимост от размера на детайла, технологията и материала, печатът може да отнеме от няколко часа до повече от половин ден.
След печат почти винаги е необходимо определено количество. последваща обработка за подобряване на повърхностното покритиеШлайфане, полиране, UV втвърдяване на смоли, отстраняване на подложки, байцване, боядисване и др. Свойствата на избрания материал също оказват значително влияние тук.
На практика повечето домашни и офис принтери използват пластмасов филамент чрез FFF/FFF (fused filament fabrication), докато Висококачествените професионални машини използват смоли, пластмаса или метални прахове слепени с лазер или с топлина в прахообразно легло.
Големи семейства материали за 3D печат
За да се опростят нещата малко, материалите за 3D печат могат да бъдат групирани в три основни блока: термопласти, фотополимерни смоли и металиВъв всяка група има десетки варианти, адаптирани за много различни приложения, от бързо прототипиране до производство на крайни части.
В FFF печата има много термопластични нишки (PLA, ABS, PETG, найлон, поликарбонат, PEEK и др.), докато при SLA/DLP/LFS технологиите доминират следните: светлочувствителни течни смолиЗа напреднали индустриални приложения, следното влиза в действие метални прахове, керамика и високоефективни композити.
Освен това има хибридни или специални материали, като например пластмаси, подсилени с микрофибър, непрекъснати въглеродни влакна, стъкло или кевлари съединения, натоварени с метален или керамичен прах, които след това се синтероват, за да се превърнат в метални или технически керамични изделия.
Най-често използваните основни термопласти (PLA, ABS, PETG)
Сред най-разпространените термопласти откриваме тези, наречени „основни материали“ на нишкитеPLA, ABS и PETG са най-често срещаните в домашните принтери и в много професионални среди, където не се изисква изключителна производителност.
PLA (полимлечна киселина) Това е може би най-широко използваният филамент. Той се получава от възобновяеми суровини като царевица или пшеница, което го прави по-екологичен и предотвратява отделянето на особено токсични изпарения по време на печат. Много е лесен за употреба, идеален за всеки, който Започнете с 3D печат и потърсете добри размерна стабилностПредлага огромна гама от цветове и покрития. Слабото му е, че едва издържа на топлина или интензивно механично натоварване, което ограничава пригодността му за взискателни промишлени приложения.
El ABS (акрилонитрил бутадиен стирен) Това е класика в индустрията: използва се в части от Lego, корпуси за уреди, автомобилни компоненти и много други приложения. В 3D печата е ценен заради... добра устойчивост на удари и високи температуриМоже лесно да се шлайфа, пробива, лепи, боядисва и полира, което позволява професионални завършвания. В замяна на това, изисква малко по-взискателен принтер (отопляемо легло, контрол на въздушния поток) и отделя изпарения, които трябва да бъдат добре вентилирани.
El ПЕТГ Това е производно на традиционния PET, използван в опаковките за храни, с формула, предназначена за 3D печат. Това е материал Високоустойчив на корозия, влага и някои химични агентиОсвен че издържа сравнително добре на удари, той е почти водоустойчив, което го прави идеален за контейнери, части в контакт с течности или външни компоненти. Основният му недостатък е, че не е биоразградим, за разлика от PLA.
Нишови термопласти: найлон, TPE/TPU/TPC и поликарбонат
Освен основните материали, има набор от нишови термопласти, които блестят в специфични приложения благодарение на някои изключителни качества: гъвкавост, издръжливост, химическа устойчивост или прозрачност.
El найлон (полиамид) Той е „тежката категория“ по отношение на твърдост, гъвкавост и издръжливост. Макар че не е особено твърд или способен да издържи на екстремни температури като PEEK, той е много устойчив на умора и много химикали. Ето защо се използва в механични части, които се огъват, прегъват или се износват непрекъснато, като например леки зъбни колела, панти, щифтове или машинни компоненти, където съпротивлението на триене е от първостепенно значение.
Лос термопластични еластомери TPE, TPU и TPC Те са пластмаси с еластични свойства, способни да се деформират и да възстановяват формата си. Те са изключително гъвкави, устойчиви на разкъсване и много издръжливи. Често се срещат в автомобилни компоненти, маркучи, уплътнения, омекотени корпуси и меки медицински частиВ 3D печатането те позволяват производството на калъфи, амортисьори, стелки, уплътнения или прототипи на меки потребителски продукти.
El поликарбонат (PC) Това е инженерна пластмаса с много балансирана комбинация от свойства: тя е Устойчив на удар, устойчив на топлина и може да бъде прозраченИзползва се в бронирано стъкло, визьори за каски, маски за гмуркане и електронни дисплеи. В 3D печата, PC е идеален за части, които трябва да издържат на удари, умерени температури и да поддържат прозрачност или висока устойчивост, въпреки че изисква принтери, способни да работят при високи температури.
Интересен вариант е PC-ABS, сплав, която съчетава поликарбонат и ABS. Тази смес води до материал с висока твърдост, добра термична устойчивост и известна гъвкавост, широко използван в автомобилния, телекомуникационния и електронния сектор, където са необходими здрави и топлоустойчиви корпуси.
Суперпласти и високоефективни технически материали
Когато приложенията са особено взискателни, се използва т.нар. суперпластиМатериали, които съчетават висока механична якост, отлична термична стабилност и висока химическа устойчивост. PEEK и ULTEM са сред най-забележителните примери.
El PEEK и ULTEM (като ULTEM 9085 или ULTEM 985) са високоефективни инженерни полимери, които традиционно са били използвани в промишлени условия, преди да станат подходящи за 3D печат. Те са много здрави, издържат на екстремни температури и са устойчиви на агресивни химикали.В допълнение към предлагането на размерна стабилност дори при тежки условия, те се използват в сектори като аерокосмическата, автомобилната и медицинската индустрия за инструменти, опори и компоненти, подложени на високо натоварване.
ULTEM 985, например, е аморфен полимер, който комбинира Отлични термични свойства, огнеустойчивост, добра химическа устойчивост и голяма размерна стабилностТова е много интересно за части за интериор на превозни средства, електрически компоненти и приложения, където запалимостта е критичен фактор.
Пълнени термопласти и армирани пластмаси
Друг начин за подобряване на производителността на термопластичните пластмаси е заредете ги с частици от други материалиТези пълни термопласти остават, в по-голямата си част, пластмаса по отношение на поведението, но частиците променят ключови свойства като твърдост, твърдост или термична стабилност.
В пълнен термопласт, основният материал (напр. найлон или PLA) е импрегниран с малки твърди частици от втори материалКонцентрацията на тази армировка може да варира значително. Въпреки че химическата устойчивост все още се определя от основната пластмаса, наличието на частици може драстично да промени други характеристики.
От една страна има пластмаси, пълни с екзотични материали (дърво, кафе и др.)Тези материали променят предимно външния вид и текстурата, но предлагат малко подобрение в механичните характеристики. Те функционират като нишови термопласти, фокусирани върху естетически и декоративни цели.
От друга страна, ние откриваме, че индустриални пластмаси, подсилени с микрофибъркъдето наистина се търси скок в производителността. Най-често срещаният пример е найлон, подсилен с въглеродни микрофибриТова е найлонова матрица, заредена с малки въглеродни влакна, които значително увеличават твърдостта, коравината и устойчивостта на топлина.
С правилното съотношение на влакната се получава материал, близък до суперпластиците: Много твърди части, с голяма размерна стабилност и висококачествено покритиеТе често са трудни за разграничаване от компонентите, произведени по традиционни методи. Ако обаче концентрацията на влакна е прекомерна, печатането става по-сложно: свързващата пластмаса тече по-неефективно, което води до по-грапава повърхност с видими дефекти.
Непрекъснати влакна (CFF) за ултраустойчиви части
Микрофибърните влакна значително подобряват свойствата на пластмасата, но ако се желае още по-голям напредък, може да се използва армировка с... непрекъснати влакна от въглерод, стъкло или кевларВ този случай принтерът полага дълги нишки вътре в детайла, както при традиционните композитни материали.
Технологията CFF (Continuous Fiber Fabrication) комбинира стандартна FFF екструзия с втора дюза, която поставя непрекъснатото влакно вътре в детайла. Вместо да разтопи напълно влакнестия филамент, дюзата го „изглажда“ и капсулира в термопластичната матрица. Влакната се държат по същия начин като в епоксиден ламинат, но всичко се генерира слой по слой вътре в принтера.
Резултатът са парчета, които могат да бъдат с порядък по-здрави и по-твърди от тези, изработени от обикновена пластмаса, дори когато са пълниТе запазват термичната и химическа устойчивост на основния термопласт, но с механично поведение, много по-близко до това на лек метал.
Този тип армировка позволява производството на инструменти, скоби, опори и леки структурни компоненти, които преди това изискваха машинно обработен алуминий. Освен това, той използва лекотата на проектиране, предлагана от 3D печата, позволявайки сложни геометрии с оптимизирана вътрешна армировка.
Смоли за общо предназначение и с висока разделителна способност
В света на стереолитографията и подобни технологии, ние работим с светловтвърдяващи се течни смолиТака наречените „смоли с общо предназначение“ са предназначени за създаване на прототипи и визуални модели, с добри детайли и завършеност.
Типична смола за общо предназначение предлага Висока резолюция, гладка матова повърхност и отлично качество на детайлитеИдеални за концептуални модели, презентационни материали и естетически прототипи. Те са лесни за печат, поддържат последваща обработка като шлайфане и боядисване и са идеални за мащабни модели, тестови случаи или дизайнерски продукти.
Прозрачни смоли и цветни смоли
В рамките на стандартните смоли има специфични формули за постигане почти пълна прозрачностТези прозрачни смоли могат да бъдат полирани до покритие, много подобно на стъкло или оптично шприцвана пластмаса, което ги прави идеални за компоненти, изискващи пропускане на светлина, микрофлуидика или инспекционни прозорци.
Цветните смоли, от своя страна, позволяват Съчетайте цвят, материал и покритие в бързи прототипиТе са идеални за макети на крайни продукти, цветно кодирани части (напр. в водачи и крепежни елементи) и компоненти за крайна употреба, където се желае специфичен корпоративен цвят или гланцово покритие.
Технически смоли: здрави, твърди, високотемпературни и полиуретанови
За функционални приложения, които изискват повече от просто естетика, се налага следното: технически смолиТе са формулирани да издържат на механично натоварване, високи температури или продължителна употреба.
на Устойчиви смоли Те са устойчиви и динамични материали, способни да издържат на удари и напрежения на натиск, опън и огъване, без лесно да се напукват. Свойствата им могат да се сравнят с пластмаси като... HDPE, ABS или полипропиленТе се използват често в корпуси, рамки, конектори, инструменти и прототипи, подложени на износване.
на Твърди смоли Те са подсилени, за да бъдат много твърди и да запазят формата си под натоварване. Те се отличават със своите висока размерна стабилност, термична и химическа устойчивостТе са подходящи за закрепващи елементи, фиксиращи елементи, инструменти, турбини, лопатки на вентилатори и компоненти за циркулация на въздух или течности, както и за електрически корпуси и автомобилни части.
La Високотемпературна смола или високотемпературната смола е специално формулирана, за да издържи потоци от горещ въздух, газове и високотемпературни флуидиПоддържане на точност на размерите. Много е полезен за корпуси, опори, топлоустойчиви крепежни елементи, както и за форми, вложки и малки производствени серии от части, подложени на високи температури.
на полиуретанови смоли Те осигуряват изключителна дълготрайна издръжливост. Стабилни са на UV лъчение, температура и влажност, могат да бъдат огнеупорни, стерилизируеми и устойчиви на химикали и абразия. Предназначени са за... компоненти за автомобилната, аерокосмическата и високопроизводителната техника, здрави части за крайна употреба и функционални прототипи с дълъг живот.
Гъвкави, еластични и силиконови смоли
Семейството гъвкави смоли запълва празнината за меки, деформируеми части с гладък завършек и добра прецизност. Те са течният еквивалент на гъвкавите филаменти, но с... много повече детайли и геометричен контрол.
Смолите Гъвкав и еластичен Те имитират поведението на гума, TPU или силикон. Те могат да издържат на многократно огъване и натиск, без да се счупят в продължение на няколко цикъла. Идеални са за прототипи на потребителски продукти, гъвкави компоненти за роботика, анатомични модели и реквизит за специални ефекти.
La Силиконова смола 40A Това отива още една крачка напред, като е материал за 3D печат. 100% истински силиконТой предлага същите свойства като традиционния силикон за отливане: контролирана еластичност, биосъвместимост в някои случаи и отлична устойчивост на умора. Използва се за функционални прототипи, малки производствени серии от силиконови части, персонализирани медицински изделия, приспособления и инструменти за маскиране, както и меки форми за леене на уретани или смоли.
Специални смоли: медицински, стоматологични, бижутерски, ESD и огнеупорни
В професионални приложения се появяват много специфични смоли, пригодени за разпоредби и нужди на специфични сектори като например медицина, стоматология, бижутерия или електроника.
на медицински и стоматологични смоли Те включват широка гама от биосъвместими материали, предназначени за производство на медицински и стоматологични изделия: хирургически водачи, шини, зъбни протези и други персонализирани протези. Те отговарят на разпоредбите за контакт с човешкото тяло и могат да бъдат стерилизирани, което отваря вратата към персонализирани решения в операционните зали и стоматологичните кабинети.
на смоли за бижута Те са предназначени за леене по метода на изгубен восък и формоване на вулканизиран каучук. Горят чисто, с висока прецизност на детайлите и запазване на форматапозволявайки производството на майсторски калъпи, тестови образци и бижута по поръчка, без да се прибягва до ръчно резбовани модели.
La ESD смола Това е антистатичен материал, разработен за подобряване на процесите на електронно производство. Той позволява печат. инструменти, крепежни елементи, персонализирани тави и прототипи или крайни компоненти където е критично важно да се избегнат електростатични разряди, които увреждат електрическите вериги.
La Огнеупорна смола Това е огнеупорна смола, устойчива на топлина и деформация от пълзене, подходяща за промишлена и вътрешна среда с високи температури или потенциални източници на запалване. Използва се в Интериорни части за самолети, автомобили и влакове, персонализирани крепежни елементи, защитни и вътрешни компоненти на електронни или медицински устройства.
Керамични смоли и смоли за леене на метал
В допълнение към конвенционалните пластмаси и смоли, някои технологии поддържат съвременни материали, като например техническа керамика или специфични смоли за леярски модели.
La Алуминиева 4N смола Това е керамична смола с 99,99% чист алуминиев оксид. След процес на синтероване се получават парчета с отлични термични, механични и проводими свойстваИдеален за топлоизолация, тежкотоварни инструменти и компоненти, изложени на агресивни химикали и износване.
La Прозрачна лята смола Предназначен е за индустриални модели за леене по метода на изгубен восък. Предлага чисто горене, ниско термично разширение и висока точност. Използва се за... произвеждат вътрешнофабрични модели, предназначени за метални части за крайна употребаособено когато се изисква високо ниво на детайлност и контрол на размерите.
Метали и процеси тип ADAM/MIM
La Атомно-дифузионно адитивно производство (ADAM) Вдъхновен е от шприцоването на метал (MIM). Филамент, съставен от пластмасово свързващо вещество, заредено с метален прах, се отпечатва с помощта на процес, много подобен на FFF. След това детайлът преминава през измиване за отстраняване на свързващото вещество и синтерованедокато се получи изцяло метално парче.
Тези метални части запазват определени типични геометрични ограничения на FFF (като минимални дебелини или необходими опори), но те предлагат всички предимства на метала: висока механична якост, твърдост, проводимост и термично поведение, типични за сплави за промишлена употреба.
Други съвременни материали: графит, графен и композити от въглеродни влакна
Освен обичайните пластмаси, смоли и метали, изследванията в областта на 3D печата изследват материали като... графит и графенТези материали се отличават с високата си електрическа проводимост, здравина и лекота. Графенът, по-специално, може да се използва в електрониката, сензорите и дори LED осветлението за намаляване на разходите и подобряване на производителността.
La въглеродни влакна като армировка Той е един от големите съюзници на адитивното производство: чрез комбиниране на филаменти като PLA, ABS, PETG или найлон с въглеродни влакна се получават много твърди и леки композити, способни да издържат на широки диапазони на натоварване и взискателни условия. Тези материали са идеални за... структурни приложения, където преди това е бил използван металпостигане на намаляване на теглото и опростяване на дизайна.
Видни приложения на 3D печата според материала
Разнообразието от материали позволи на 3D печатането да проникне в почти всеки сектор. Всеки вид материал Това отваря вратата към много специфични приложения които се възползват от неговите свойства.
En производство на прототипиОсновните пластмаси (PLA, ABS, PETG) и стандартните смоли позволяват създаването на макети, естетически прототипи, визуални помагала и функционални модели за кратко време, на ниска цена и с възможност за бързо повторение на дизайна.
En аеронавтика и автомобилостроенеСуперпласти, високотемпературни технически смоли, въглеродни влакнести композити и синтеровани метални части се използват за инструменти, опори, флуидни тръбопроводи, вътрешни корпуси и прототипи на структурни части, като се възползват от тяхната здравина и лекота.
En архитектура и строителствоРазработени са системи, които могат да отпечатват домове и аварийни убежища, използвайки специални строителни разтвори и циментови смеси, подходящи за наслояване, въпреки че това е друга важна глава в рамките на 3D печата.
En медицина и стоматологияБиосъвместимите смоли позволяват изработването на персонализирани хирургически водачи, шини, анатомични модели и протези по поръчка. Отпечатани са също така протези за крайници, персонализирани импланти и устройства, които подобряват остеоинтеграцията чрез контролиране на порьозността.
Други области, като например образование, музика, гастрономия или изкуство Те се възползват от специфични материали: архитектурни модели, музикални инструменти (цигулки, флейти, банджо), ядливи изделия (сладоледи, тесто, хамбургери) и скулптури се отпечатват със специални довършителни материали.
Разбиране на характеристиките на всеки материал – от основните филаменти PLA, ABS и PETG до технически смоли, суперпласти, подсилени композити и метали— е ключово при вземането на решение какво да се отпечата, как да се направи, на каква цена и с каква надеждност. Изборът на правилния материал позволява на 3D печатането да надхвърли границата на просто новост и да се превърне в мощен инструмент за проектиране, създаване на прототипи и производство на реални решения в почти всеки сектор.
