Wyjaśnienie filamentów drukarki 3D

Jak wybrać odpowiedni żarnik

Po wybraniu drukarki 3D pierwszą decyzją, którą musisz podjąć, jest rodzaj filamentu, którego chcesz użyć. Istnieje kilkadziesiąt odmian – nawet pomijając liczne kolory, w jakich występują. Przedzieranie się przez nie ujawnia szereg chemicznie brzmiących nazw: na przykład kwas polimlekowy, polialkohol winylowy, włókno węglowe i skręcające język elastomery termoplastyczne. Przechodzą przez oszałamiającą różnorodność akronimów, między innymi ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETT, TPE, PVA i PCTPE. Ale nie przerażaj się tą zupą alfabetu. Tylko kilka typów jest w powszechnym użyciu, a producenci mają tendencję do unikania nadmiernie geekowych pseudonimów na rzecz bardziej opisowych nazw nawiązujących do zasadniczej jakości filamentu, takich jak elastyczność (na przykład Ninjaflex firmy NinjaTek i Polyflex firmy Polymaker) i wytrzymałość (Makerbot, XYZprinting , a Ultimaker wszystkie dostępne na rynku filamenty o nazwie Tough PLA).

Podstawowe informacje o filamentach

Filamenty stosowane w druku 3D to tworzywa termoplastyczne (tzw. polimery), które po podgrzaniu topią się zamiast spalać, można je kształtować i formować, a po schłodzeniu zastygać. Filament podawany jest do komory grzewczej w zespole ekstrudera drukarki, gdzie jest podgrzewany do temperatury topnienia, a następnie wytłaczany (squisted) przez metalową dyszę podczas ruchu zespołu ekstrudera, śledząc ścieżkę zaprogramowaną w pliku obiektu 3D, aby utworzyć, warstwa po warstwie, drukowany obiekt. Chociaż większość drukarek 3D ma pojedynczą wytłaczarkę, istnieją modele z dwoma wytłaczarkami, które mogą drukować obiekt w różnych kolorach lub z różnymi rodzajami włókien.

Proces drukowania za pomocą filamentu z tworzywa sztucznego nazywa się albo wytwarzaniem połączonych filamentów (FFF) lub modelowaniem topionego osadzania (FDM). Są tym samym; akronim FDM jest znakiem towarowym pioniera druku 3D Stratasys Corp., więc inni producenci stworzyli własne nazwy, aby opisać technologię swoich drukarek; FFF to ten, który się przyjął. Nawet dzisiaj, z wyjątkiem broszur niektórych producentów, nazwy używane są zamiennie.

Filament sprzedawany jest w szpulach o wadze od 0,5 kilograma do 2 kilogramów. Filament występuje w dwóch grubościach, 1,75 milimetra i 3 milimetrach. (Ten ostatni jest w rzeczywistości nieco cieńszy, około 2,85 milimetra.) Zdecydowana większość włókien jest typu 1,75 milimetra; Ultimaker i LulzBot należą do nielicznych producentów, których drukarki używają grubszego rozmiaru. Waga jest prawie zawsze podawana w jednostkach metrycznych.

Przyjrzyjmy się teraz kilku bardziej popularnym i ważniejszym typom filamentów.

Dynamiczny duet: ABS i PLA

Zdecydowanie najczęstszymi rodzajami włókien są akrylonitryl-butadieno-styren (ABS) i polikwas mlekowy (PLA). Większość podstawowych drukarek 3D jest zaprojektowana wyłącznie do używania tych włókien. Częścią ich atrakcyjności jest to, że są stosunkowo niedrogie, kosztują zaledwie 20 USD za kilogram.

Nie zniechęcaj się nieporęczną nazwą chemiczną ABS; to ten sam plastik, którego używa się w Legos. Obiekty drukowane z ABS są wytrzymałe, trwałe i nietoksyczne. Ma stosunkowo wysoką temperaturę topnienia, przy temperaturze druku od 210 stopni do 250 stopni Celsjusza. Dolne rogi obiektów drukowanych z ABS mają tendencję do lekkiego zwijania się w górę, zwłaszcza jeśli używasz nieogrzewanego stołu. Podczas drukowania ABS może wydzielać gryzący, nieprzyjemny zapach, dlatego najlepiej używać go z drukarką z zamkniętą ramą w dobrze wentylowanym pomieszczeniu.

PLA ma stosunkowo niską temperaturę topnienia, przy temperaturach użytkowych od 180 stopni do 230 stopni Celsjusza. Jest pochodzenia roślinnego i ulega biodegradacji. Jest twardszy niż ABS, drukuje bez wypaczania i ogólnie jest łatwy w obsłudze, chociaż w rzadkich przypadkach może powodować zacięcia ekstrudera. PLA jest często używany jako materiał bazowy dla bardziej egzotycznych, kompozytowych materiałów, o czym za chwilę.

Nylon

Nylon to niezwykle wszechstronny materiał syntetyczny, opracowany w latach 30. XX wieku, który znalazł zastosowanie we wszystkim, od szczoteczek do zębów po spadochrony, opony i pończochy, a teraz także we włóknach do drukarek 3D. Jego sercem jest polimer, czyli plastik (a dokładniej rodzina tworzyw sztucznych). Jest mocny i trwały, a jednocześnie elastyczny i należy do najtańszych filamentów do druku 3D. Topi się w wyższej temperaturze (około 240 stopni Celsjusza) niż większość włókien. Nie wszystkie drukarki 3D są przystosowane do obsługi tego ciepła — niektóre powszechnie stosowane substancje w wytłaczarce emitują opary w tej temperaturze. Podobnie jak w przypadku ABS, przedmioty drukowane z nylonu mają tendencję do wypaczania się, co można złagodzić stosując podgrzewany stół roboczy.

Elastyczne włókno

TPE (lub elastomery termoplastyczne) to tworzywa termoplastyczne o wysokiej elastyczności (choć wciąż daleko od, powiedzmy, gumek); drukowane za ich pomocą przedmioty są stosunkowo elastyczne. Jednym z popularnych typów TPE jest termoplastyczny poliuretan (TPU), którego popularnym przykładem jest NinjaFlex.

Rozpuszczalne włókna: HIPS i PVA

Jeden z bardziej chwytliwych akronimów, HIPS, oznacza polistyren wysokoudarowy. HIPS jest niedrogi, lekki i może być szlifowany, klejony i barwiony farbami akrylowymi. Jest podobny do ABS, z tą różnicą, że HIPS jest rozpuszczalny w Limonene, rozpuszczalniku na bazie cytrusów, co czyni go dobrym wyborem — w przypadku drukowania z drugiego materiału (takiego jak ABS lub PLA) na drukarce z podwójną wytłaczarką — jako materiału podporowego które mogą się rozpuścić po wydrukowaniu. Drukuje również dobrze samodzielnie i jest żarnikiem zalecanym przez LulzBot do swojej drukarki 3D LulzBot Mini (w Amazon Canada), która zdobyła nasz wybór redaktorów. MakerBot Dissolvable Filament zawiera również HIPS.

Innym rozpuszczalnym włóknem jest PVA (alkohol poliwinylowy), który dogodnie rozpuszcza się w wodzie. PVA jest bezwonny, nietoksyczny i biodegradowalny. Ma niską temperaturę topnienia i może zablokować dyszę ekstrudera po przegrzaniu. Jest często używany jako materiał podporowy w drukarkach z podwójnym ekstruderem; Przetestowałem Ultimaker 3 (w Amazon Canada), drukując obiekt testowy – pudełko w pudełku – używając PLA dla samych pudełek i PVA jako wsparcia. Po wydrukowaniu obiektu zanurzyłem go w ciepłej wodzie, a PLA stopniowo się rozpuścił, pozostawiając parę zagnieżdżonych pudełek.

Włókna kompozytowe

Włókna kompozytowe mają bazę z PLA lub innego tworzywa termoplastycznego, z którym zmieszano cząstki, proszki lub płatki innych materiałów. Niektóre to mieszanki drewna, inne to piaskowiec lub wapień, a jeszcze inne zawierają różne rodzaje metali, w tym żelazo, aluminium, mosiądz, brąz i miedź. Włókna te przejmują niektóre właściwości materiałów, z którymi zostały zmieszane. Innym popularnym kompozytem jest włókno węglowe; wydrukowane z niego obiekty pobierają część siły włókna. Wadą tych włókien kompozytowych jest to, że kosztują znacznie więcej niż włókna niekompozytowe.

Poza włóknem plastikowym: drukowanie na bazie żywicy

Przy dzisiejszym rozpowszechnieniu drukarek FFF łatwo przeoczyć fakt, że na rynku istnieją modele oparte na innych technologiach, które nie wykorzystują filamentu. Najważniejszym z nich jest stereolitografia (znana również jako SLA), pierwsza opracowana technologia druku 3D, która umożliwia bardzo szczegółowe wydruki w wysokiej rozdzielczości. Metki cenowe drukarek SLA do użytku komercyjnego mogą mieścić się w pięciu (a nawet sześciu) cyfrach, ale widzieliśmy kilka tańszych modeli, odpowiednich dla hobbystów i rzemieślników.

W druku SLA laser ultrafioletowy śledzi kształt przedmiotu, który ma być drukowany, warstwa po warstwie, na żywicy wrażliwej na promieniowanie UV (czyli żywicy fotopolimerowej lub fotopolimerowej) umieszczonej w tacy lub kadzi, a żywica wystawiona na działanie lasera twardnieje aby uformować drukowany obiekt. Żywice są dostępne w 500-mililitrowych i 1-litrowych butelkach, a ceny producentów drukarek zaczynają się od około 100 USD za litr. Niektórzy producenci formułują żywice pod kątem wytrzymałości, elastyczności, sztywności i innych właściwości, a takie żywice są zwykle sprzedawane po wyższej cenie. Żywice cierpią z powodu ograniczonej palety kolorów i zwykle ograniczają się do czerni, szarości, bieli i przezroczystych, chociaż ostatnio pojawiły się niektóre jaśniejsze i metaliczne żywice.

DLP to forma stereolitografii, która jako źródło światła wykorzystuje projektor zamiast lasera, wykorzystując światło widzialne zamiast ultrafioletu. Projektor, który wykorzystuje technologię DLP (Digital Light Processing) firmy Texas Instruments, wyświetla serię obrazów do kadzi z żywicy fotopolimerowej podobnej do żywic stosowanych w druku SLA do budowy obiektu, warstwa po warstwie.

Teraz, gdy wiesz już wszystko, czego potrzebujesz na temat najpopularniejszych filamentów, zechcesz zapoznać się z naszym poradnikiem zakupu drukarek 3D, który zawiera recenzje najlepszych modeli, które ostatnio testowaliśmy. Możesz również sprawdzić, co początkujący użytkownik miał do powiedzenia na temat czasu poświęconego na naukę drukowania w 3D.