Технология печати FDM

Технология печати FDM

Технология печати FDM (Fused Deposition Modeling) – самая простая и распространенная технология трёхмерного прототипирования в аддитивном и промышленном производстве, благодаря которой 3D принтеры общего назначения стали доступными не только коммерческим и производственным организациям, но и частным лицам.

Какой бы высокотехнологичной ни была 3D печать, а трёхмерное моделирование невозможно без такой недорогой составляющей, как расходные материалы. Для каждой технологии 3D прототипирования создается свой пул расходников – они разрабатываются с учетом совместимости с принтерами, экономичности расхода и качества выходных 3D объектов. Так, промышленные установки используют порошковые материалы, медицинские 3D принтеры – биосовместимые и нейтральные, кулинарные работают с широким спектром пастообразных и тягучих пищевых составов, а наиболее распространённые в сегменте персонального и полупрофессионального 3D оборудования – с пластиковой нитью и фотополимерными смолами. И поскольку этот сегмент наиболее массовый, то именно на нём мы и сфокусируемся в первую очередь.

Конечно, вы уже изучили наш ассортимент расходных материалов – в интернет магазине 3DMall он по праву считается одним из наиболее достойных и доступных во всей стране. У нас вы можете купить расходники для FDM и других типов принтеров недорого с доставкой по Москве и России, в том числе с возможностью получения в одном из многочисленных пунктов выдачи. А сделать правильный выбор вам поможет наша База знаний и оперативные бесплатные консультации с нашими специалистами по всем вопросам, касающимся 3D печати.

Пластиковая нить для FDM печати

Большинство современных персональных принтеров – это FDM установки, стоимость которых, как и расходных материалов для них, является более чем подъёмной. Сегодня такие принтеры есть не только в офисах, дизайнерских и конструкторских бюро, но и дома у многих любителей мейкерства и 3D технологий.

Разновидностей пластика для трёхмерной печати очень много – в далеко неполный список материалов входят PLA, ABS, PVA, Nylon, PC, HDPE, PP, PCL, PPSU, Acrylic, PET, HIPS, имитация древесины, песчаника или металлов, характеристики которых мы рассмотри более подробно.

PLA – полилактид

Безусловный лидер современного рынка расходных материалов для FDM принтеров – экологичный, биосовместимый, термопластичный состав. В основе его производства – кукуруза и сахарный тростник, благодаря чему изделия из этого типа пластика с успехом используются в быту. Его применяют для изготовления игрушек, посуды, сувенирной продукции, элементов корпусов для бытовой техники, дизайнерских моделей, упаковки для пищевых продуктов, лекарств, хирургической нити, а благодаря ценовой доступности – ещё и для образования и хобби.

Несмотря на высокое качество поверхности изделий из PLA, назвать их практичными можно с большой натяжкой – материал достаточно мягок и недолговечен. Температура плавления составляет 170-180^оС, процесс стеклования начинается при охлаждении до 50^оС.

PLA зарекомендовал себя лучшим типом материала для 3D принтеров с открытой камерой построения и подогреваемым рабочим столиком.

К преимуществам относятся низкая усадка, благодаря чему готовые объекты не деформируются в процессе отверждения, простота в работе и универсальность.

ABS

АБС, или акрилонитрилбутадиенстирол – самый популярный в области 3D прототипирования термостойкий пластик, который, тем не менее, не может считаться одним из наиболее востребованных ввиду того, что печать с его использованием достаточно проблематична.

Преимущества – долговечность, механическая прочность, устойчивость к влаге, маслам, широкому спектру кислот и повышенным температурам (достойно выдерживает нагрев до 100-110^оС, прекрасно реагирует на окрашивание). В то же время некоторые разновидности разрушаются при длительном контакте с прямыми солнечными лучами, а температура плавления – порядка 180^оС – считается низкой для промышленного применения. При охлаждении объект подвержен существенной усадке – первые слои могут закручиваться, деформироваться и растрескиваться. Чтобы избежать таких проблем, применять ABS рекомендуется для печати на 3D принтерах с подогреваемым рабочим столом и закрытым корпусом. Для более надежного схватывания с рабочей поверхностью также следует применять липкую ленту.

Изделия из ABS абсолютно безопасны при нормальной температуре воздуха, однако нагревание способствует выделению ядовитых паров акрилонитрила, ввиду чего его не стоит использовать для печати игрушек, бытовых предметов, посуды и контейнеров для хранения пищи.

PVA – поливиниловый спирт

Действительно уникальный материал для специального применения. Главная его особенность – способность растворяться в воде, что позволяет использовать его для построения опорных структур (поддержки для особо филигранных элементов основного объекта) при печати на принтерах с 2-мя экструдерами. Готовая модель после отделения поддержки не требует механической постобработки – её поверхность отличается гладкостью и высокими качественными показателями.

Интересны и механические свойства этого типа пластика – в условиях пониженной влажности он обладает удивительной прочностью, а при повышении влажности становится эластичным, правда, с потерей прочности. Температура плавления составляет 165-175^оС, что позволяет использовать его в комплексе с пластиками PLA и ABS.

Перед применением PVA рекомендуется дополнительно просушивать (например, в духовом шкафу) при температуре не выше 80^оС в течение 6-8 часов, даже если он хранился в абсолютно герметичной сухой емкости.

Nylon

Главные преимущества этого материала – неподверженность износу ввиду трения, благодаря чему он пользуется большой популярностью в различных отраслях промышленности, в частности, для покрытия деталей в качестве альтернативы смазке.

Нейлоновая нить представлена достаточно большим ассортиментом, каждая разновидность обладает своими преимуществами и недостатками. Наиболее популярными и практичными традиционно считаются созданный компанией DuPont в 1935 году нейлон-66 и его более поздний аналог производства BASF нейлон-6. Их температура плавления составляет соответственно 265 и 220^оС, чем и определяются особенности их применения.

Ключевые особенности – легко впитывает влагу, сплавляется с полиимидом, что требует особой тщательности при выборе принтера, для более надежной фиксации с рабочим столиком следует использовать пропитанную воском липкую ленту. Рекомендован для заправки принтеров с шипованными протягивающими механизмами в составе экструдеров, а также для печати цельных моделей, так как детали из нейлона между собой склеиваются очень плохо.

PC – поликарбонат

Главные преимущества поликарбонатной пластиковой нити – высокая прочность и температурная стойкость, его можно охлаждать и нагревать без риска деформации готового объекта, чего нельзя сказать о самом процессе печати. Температура плавления материала составляет 265^оС, требования к безопасности и риски деформации во время построения модели поможет оптимизировать оборудование с закрытой камерой печати и подогреваемой платформой. Сразу следует обратить внимание и на риски – печать этим материалов вредна для здоровья, так как в процессе его производства используются бисфенол А, потенциально канцерогенное и токсичное вещество.

Ввиду высокой гигроскопичности РС следует хранить в сухих и полностью герметичных контейнерах.

HDPE – полиэтилен высокой плотности

Это одна из наиболее востребованных во всем мире разновидностей пластика для 3D печати. Материал очень легко плавится и застывает в рекордно короткие сроки – разность температур между этими процессами составляет всего 20-25 градусов, средние показатели температуры плавления – 130-145^оС.

Сложности при печати – недостаточное количество времени для схватывания слоев между собой (слишком быстрое застывание), высокая усадка и деформационная активность. Оптимальное решение для получения высококачественного результата при печати HDPE – высокая скорость прототипирования и аккуратная регулировка температурных режимов камеры построения и рабочей платформы для замедления процесса застывания слоев. Тем не менее, HDPE относится к категории самых дешевых расходников. Его используют для производства пластиковых бутылок и контейнеров, одноразовой посуды.

Интересный факт – эта разновидность пластиковой нити может изготавливаться также из пластиковых отходов, существует даже 2 профессиональных установки, способных справиться с этой задачей (универсальные перерабатывающие машины FilaBot и RecycleBot.

PP – полипропилен

Универсальный и недорогой материал, применяемый для производства широкого спектра пластиковых изделий – от посуды и упаковки до труб и фитингов. К преимуществам РР относят невысокий удельный вес, химическую стойкость, нетоксичность, влагонепроницаемость, износостойкость и дешевизну. Неустойчив при постоянном контакте с прямыми солнечными лучами и температурами ниже -5^оС.

Усадка при печати достигает 2,4% – это в 3 раза больше, чем при использовании ABS. Расплавленный материал отлично прилипает даже к холодной поверхности, но для высококачественной печати рекомендуется использовать оборудование с подогреваемой платформой.

Более популярным, чем оригинальный полипропилен, является его имитатор, разработанный всемирно известной компанией Stratasys – Endur.

PCL – поликапролактон

Это низкотемпературный биоразлагаемый полиэстер, плавящийся уже при 60^оС, что требует тщательного подхода при выборе оборудования для печати PLC – такой режим поддерживают далеко не все модели 3D принтеров. Нетоксичен – применяется в области медицины, обладает прекрасными показателями пластичности, благодаря чему может использоваться неограниченное количество раз.

Высокий уровень вязкости и низкая температурная стойкость сделали этот материал непригодным для создания функциональных прототипов и объектов, однако он идеален для печати пищевых контейнеров и разнообразных макетов.

PPSU – полифенилсульфон

Термопластик с выдающимися прочностными характеристиками, востребованный в области авиационной промышленности. Химически и термически стоек, не горит, не деформируется в широком диапазоне температур (-50^оС…+180^оС). Используется в производстве пищевых контейнеров, посуды, предметов бытового обихода. Не подвержен коррозии при воздействии растворителей и бытовых химикатов.

При всех преимуществах используется нечасто, так как температура плавления составляет 370^оС.

Acrylic – оргстекло

Прочный, экологичный, влагоустойчивый материал, характеризующийся прекрасным качеством склеивания слоев в процессе прототипирования. Объекты обладают однородной ровной поверхностью и отличными эксплуатационными свойствами. Для FDM печати используется редко, так как сложен в хранении и требует высочайшей точности построения, добиться которой на классическом персональном принтере очень и очень трудно.

Значительно большим спросом пользуется имитатор, созданный компанией Stratasys – VeroClear, которым печатают принтеры Objet Eden.

PET – полиэтилентерефталат

Пищевая и медицинская тара изготавливается в основном из этого материала с очень сложным названием. Главное его преимущество – высокая химическая стойкость, он неподвержен разрушительному воздействию широкого спектра кислот и щелочей, устойчив к износу и широкому диапазону температур (-40^оС…+75^оС). Усадка при остывании составляет порядка 2%, что в комплексе с высокой температурой плавления, достигающей, 260^оС, делает процесс печати несколько проблематичным. Прозрачность изделия достигает быстрым охлаждением модели до порога стеклования (+70-80^оС). В целом для получения стабильно качественного результата достаточно создать такие же условия, как при печати ABS.

HIPS

Это полистилрол с удивительным ресурсом прочности, используемый для производства реальных деталей и комплектующих, используемых в различных отраслях промышленности в условиях реальной эксплуатации. Также применяется для изготовления игрушек, одноразовой посуды, целого ряда строительных материалов. По физическим свойствам (прочности и стойкости) схож ж АБС пластиком, однако легко растворяется в лимонене. Эта черта позволяет использовать его в качестве материала поддержки при печати изделий из ABS пластика, в сравнении с PVA обладает гораздо меньшей стоимостью и абсолютной нечувствительностью к воде.

Печатать рекомендуется в помещениях с хорошим вентилированием, так как при плавлении возможно выделение токсичных летучих веществ.

Имитаторы древесины

(фото 14) К этой категории расходных материалов относятся LAYWOO-D3 и BambooFill, изделия из которых и визуально, и функционально ничем не уступают аналогам из натурального дерева – изделиям даже присущ характерный древесный аромат. Они не деформируются и не требуют использования нагреваемой платформы. LAYWOO-D3, к примеру, состоит из измельченных в пыль древесных опилок и нетоксичного связующего полимера – он безопасен и прекрасно поддается постобработке.

Интересная деталь – использование сопел с разными параметрами нагрева можно добиться различных декоративных эффектов. Например, при увеличении температуры экструзии этот тип материала приобретает более насыщенный, темный оттенок.

Единственный минус– высокая стоимость, которая превышает цену PLA или ABS практически в 4 раза.

Laybrick – имитатор песчаника

Появлением этого композитного материала с высокими эстетическими и эксплуатационными характеристиками мы обязаны изобретателю Каю Парти. К слову, LAYWOO-D3 – также его рук творение. Связующий материал, взятый за основу для создания этого типа материала, смешан с минеральным наполнителем – этим и объясняется оригинальная текстура получаемых изделий.

В зависимости от выбранной температуры плавления поверхность изделий может быть более гладкой или более шершавой (чем она выше – тем больше шероховатость).

Один из самых простых в работе материалов – ему не нужна подогреваемая платформа, он практически не дает усадку и не деформируется. Единственный недостаток – высокая в сравнении с другими филаментами стоимость.

BronzeFill – имитатор металла

Металл – основа основ аддитивного производства, его использование в 3D печати открывает перед человечеством практически неограниченные возможности. Если бы не высокая стоимость, разумеется. Потому неудивительно, что для последователей FDM печати создан и высококачественный имитатор – BronzeFill. Напечатанные из него изделия не уступают металлическим ни визуально, ни эксплуатационно.

Это практически прозрачный пластик на основе PLA, в состав которого входит также бронзовый наполнитель. Готовые 3D объекты прекрасно реагируют на постобработку – шлифовку, полировку – и визуально выглядят, как цельнометаллические, однако забывать о том, что в основе – термопластик, все же не стоит.

Как выбрать пластик для печати?

Выбор пластика для печати должен быть обусловлен следующими несколькими параметрами:

• возможности имеющегося в вашем распоряжении 3D принтера;
• требования к качеству поверхности, точности детализации и эксплуатационным характеристикам готовых изделий;
• цветность;
• область применения.

Мы предлагаем вам небольшую сравнительную таблицу по ключевым характеристикам наиболее востребованных в персональной 3D печати видов пластика, которые помогут подобрать оптимальный вариант.