Filamentele imprimantei 3D explicate

Cum să alegi filamentul potrivit

După ce alegeți o imprimantă 3D, prima decizie pe care va trebui să o luați este ce tip de filament doriți să utilizați. Există câteva zeci de soiuri – chiar și lăsând deoparte numeroasele culori în care vin. Trecând prin ele iese la suprafață un șir de nume cu sunet chimic: acid polilactic, alcool polivinilic, fibră de carbon și elastomerii termoplastici care se răsucesc limba, de exemplu. Acestea merg după o varietate amețitoare de acronime, printre care ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETT, TPE, PVA și PCTPE. Dar nu fi consternat de această supă cu alfabet. Doar câteva tipuri sunt utilizate în mod obișnuit, iar producătorii tind să evite poreclele excesiv de geek în favoarea unor nume mai descriptive care fac aluzie la o calitate esențială a filamentului, cum ar fi flexibilitatea (NinjaTek's Ninjaflex și Polymaker's Polyflex, de exemplu) și rezistența (Makerbot, XYZprinting). și Ultimaker toate filamentele de pe piață numite Tough PLA).

Bazele filamentului

Filamentele utilizate în imprimarea 3D sunt termoplastice, care sunt materiale plastice (aka polimeri) care se topesc mai degrabă decât se ard atunci când sunt încălzite, pot fi modelate și turnate și se solidifică atunci când sunt răcite. Filamentul este alimentat într-o cameră de încălzire din ansamblul extruder al imprimantei, unde este încălzit până la punctul său de topire și apoi este extrudat (stropit) printr-o duză metalică pe măsură ce ansamblul extruder se mișcă, trasând o cale programată într-un fișier obiect 3D pentru a crea, strat cu strat, obiectul imprimat. Deși majoritatea imprimantelor 3D au un singur extruder, există câteva modele cu extrudare duală care pot imprima un obiect în diferite culori sau cu diferite tipuri de filamente.

Procesul de imprimare cu filament de plastic se numește fie fabricarea filamentului fuzionat (FFF) fie modelarea prin depunere fuzionată (FDM). Sunt același lucru; acronimul FDM este marca înregistrată de pionierul imprimării 3D Stratasys Corp., așa că alți producători și-au creat propriile nume pentru a descrie tehnologia imprimantelor lor; FFF este cel care a prins. Chiar și astăzi, cu excepția unor broșuri ale producătorilor, veți vedea numele folosite în mod interschimbabil.

Filamentul este vândut în bobine cu greutatea cuprinsă între 0,5 kilograme și 2 kilograme. Filamentul vine în două grosimi, 1,75 milimetri și 3 milimetri. (Acesta din urmă este în realitate puțin mai subțire, aproximativ 2,85 milimetri.) Marea majoritate a filamentului este de tipul de 1,75 milimetri; Ultimaker și LulzBot sunt printre puținii producători ale căror imprimante folosesc dimensiunea mai groasă. Greutatea este aproape întotdeauna listată în unități metrice.

Acum, să aruncăm o privire la câteva dintre cele mai populare și mai importante tipuri de filamente.

Duoul dinamic: ABS și PLA

De departe, cele mai comune tipuri de filamente sunt acrilonitril butadien stiren (ABS) și acid polilactic (PLA). Majoritatea imprimantelor 3D de bază sunt concepute pentru a utiliza exclusiv aceste filamente. O parte a atracției lor este că sunt relativ ieftine, costând doar 20 de dolari pe kilogram.

Nu vă lăsați descurajați de numele chimic greoi al ABS; este același plastic folosit în Lego. Obiectele imprimate din ABS sunt dure, durabile și netoxice. Are un punct de topire relativ ridicat, cu o temperatură de imprimare cuprinsă între 210 grade și 250 grade Celsius. Colțurile inferioare ale obiectelor care sunt imprimate cu ABS au tendința de a se ondula puțin în sus, mai ales dacă utilizați un pat de imprimare neîncălzit. În timpul imprimării, ABS poate emite un miros acru, neplăcut, așa că este cel mai bine utilizat cu o imprimantă cu cadru închis într-o cameră bine ventilată.

PLA are un punct de topire relativ scăzut, cu temperaturi utilizabile între 180 de grade și 230 de grade Celsius. Este pe bază de plante și este biodegradabilă. Este mai greu decât ABS, imprimă fără deformare și, în general, este ușor de lucrat, deși în cazuri rare poate provoca blocaje în extruder. PLA este adesea folosit ca material de bază pentru materiale mai exotice, compozite, despre care vom discuta puțin.

Nailon

Nailonul este un material sintetic incredibil de versatil, dezvoltat în anii 1930, care și-a găsit utilizare în orice, de la periuțe de dinți la parașute la anvelope la ciorapi, iar acum filamentul imprimantei 3D. În centrul său este un polimer, sau plastic (sau, mai precis, o familie de materiale plastice). Este puternic și durabil, dar flexibil și printre cele mai ieftine filamente de imprimare 3D. Se topește la o temperatură mai mare (aproximativ 240 de grade Celsius) decât majoritatea filamentelor. Nu toate imprimantele 3D sunt construite pentru a face față acestei călduri – unele substanțe utilizate în mod obișnuit în extruder emit fum la acea temperatură. Ca și în cazul ABS, obiectele imprimate cu nailon au tendința de a se deforma, ceea ce poate fi atenuat prin utilizarea unui pat de imprimare încălzit.

Filament flexibil

TPE-urile (sau elastomerii termoplastici) sunt termoplastice cu elasticitate ridicată (deși încă departe de, de exemplu, benzile de cauciuc); obiectele imprimate cu acestea sunt relativ flexibile. Un tip comun de TPE este poliuretanul termoplastic (TPU), dintre care NinjaFlex este un exemplu popular.

Filamente solubile: HIPS și PVA

Unul dintre acronimele mai atrăgătoare, HIPS, înseamnă polistiren de mare impact. HIPS are un preț moderat, ușor și poate fi șlefuit, lipit și colorat cu vopsele acrilice. Este similar cu ABS, cu excepția faptului că HIPS este solubil în Limonen, un solvent pe bază de citrice, ceea ce îl face o alegere bună - atunci când imprimați cu un al doilea material (cum ar fi ABS sau PLA) cu o imprimantă cu extruder dublu - ca material suport. care ar putea fi dizolvate după imprimare. De asemenea, imprimă bine pe cont propriu și este filamentul recomandat de LulzBot pentru imprimanta sa LulzBot Mini 3D (la Amazon Canada), care a câștigat alegerea editorilor. Filamentul dizolvabil MakerBot este, de asemenea, format din HIPS.

Un alt filament solubil este PVA (alcool polivinilic), care se dizolvă convenabil în apă. PVA este inodor, netoxic și biodegradabil. Are un punct de topire scăzut și poate bloca duza extruderului atunci când este supraîncălzit. Este adesea folosit ca material suport în imprimantele cu extrudere duală; Am testat Ultimaker 3 (la Amazon Canada) prin imprimarea unui obiect de testare - o cutie într-o cutie - folosind PLA pentru cutiile în sine și PVA ca suport. După ce obiectul a fost imprimat, l-am scufundat în apă caldă, iar PLA s-a dizolvat treptat, lăsând perechea de cutii imbricate.

Filamente compozite

Filamentele compozite au o bază de PLA sau alt material termoplastic în care au fost amestecate particule, pulberi sau fulgi de alte materiale. Unele sunt amestecuri de lemn, altele includ gresie sau calcar, iar altele au diferite tipuri de metale, inclusiv fier, aluminiu, alama, bronz și cupru. Aceste filamente preiau unele dintre proprietățile materialelor cu care au fost amestecate. Un alt compozit popular este fibra de carbon; obiectele imprimate din acesta iau o parte din rezistența fibrei. Un dezavantaj al acestor filamente compozite este că costă mult mai mult decât materialele necompozite.

Dincolo de filament de plastic: imprimare pe bază de rășină

Odată cu proliferarea de astăzi a imprimantelor FFF, este ușor să trecem cu vederea faptul că există modele pe piață bazate pe alte tehnologii care nu folosesc filament. Principalul dintre acestea este stereolitografia (aka SLA), prima tehnologie de imprimare 3D care a fost dezvoltată și care este capabilă de printuri foarte detaliate, de înaltă rezoluție. Etichetele de preț pentru imprimantele SLA pentru uz comercial pot avea cinci (și chiar șase) cifre, dar am văzut câteva modele cu preț mai mic, potrivite pentru pasionați și artizani.

În imprimarea SLA, un laser ultraviolet urmărește forma obiectului de imprimat, strat cu strat, pe o rășină sensibilă la UV (alias fotopolimer sau rășină fotopolimer) găzduită într-o tavă sau cuvă, iar rășina expusă laserului se întărește pentru a forma obiectul tipărit. Rășinile vin în sticle de 500 de mililitri și de 1 litru, prețurile de la producătorii de imprimante începând de la aproximativ 100 de dolari pe litru. Unii producători au formulat rășini pentru rezistență, flexibilitate, rigiditate și alte calități, iar astfel de rășini tind să se vândă la un preț superior. Rășinile au suferit de o paletă de culori limitată și au avut tendința de a fi limitate la negru, gri, alb și limpede, deși unele rășini mai strălucitoare și metalice au devenit disponibile în ultimul timp.

DLP este o formă de stereolitografie care folosește un proiector în locul laserului ca sursă de lumină, folosind lumină vizibilă în loc de ultravioletă. Proiectorul, care folosește tehnologia DLP (Digital Light Processing) de la Texas Instruments, proiectează o serie de imagini într-o cuvă de rășină fotopolimeră similară cu rășinile utilizate în imprimarea SLA pentru a construi obiectul, strat cu strat.

Acum că știți tot ce aveți nevoie despre cele mai populare filamente, veți dori să citiți ghidul nostru de cumpărare a imprimantelor 3D, care include recenzii ale celor mai bune modele pe care le-am testat recent. Puteți, de asemenea, să vedeți ce a avut de spus un utilizator timpuriu despre timpul în care a învățat să imprime în 3D.