PLA, PET, HIPS, TPU, PMMA, PA, ABS, ABW, USB, HDMI. Czyli o materiałach słów kilka.

Abstrakt

Filament, jest jak każdy widzi. Kolorowa żyłka, czasem twarda, czasem nie. Topi się w różnych temperaturach. I ma różne właściwości. Właśnie.

Chyba każdy drukarz miał przynajmniej raz dylemat, czym nakarmić drukarkę. Wybór tworzyw dostępnych na rynku jest ogromny, a niektóre brzmią tak egzotycznie i tajemniczo, że nie wiemy, czy kupujemy surowiec do druku, czy finansujemy konflikt zbrojny na bliskim wschodzie*.

Od dawna przymierzałem się, aby napisać jakieś zestawienie dla klientów[0], a może nawet porównanie materiałów. Starałem się zgromadzić dużo teorii, ale także i praktyki.  Zacząłem pisać ten tekst w perspektywie 5-godzinnej podróży pociągiem, więc ostrzegam, żebyście sobie przygotowali jakiś prowiant przed rozpoczęciem czytania.

A więc wszyscy na pokład, zapinamy pasy i jazda!

PLA

Filament, który każdy normalny drukarz ma w ręce jako pierwszy. Żadnej dużej filozofii – chłodzenie na maksa, głowica na 210 °C,  stół na 65 °C, możesz psiknąć od niechcenia Dimafixem, nakleić taśmę malarską, albo nawet nasmarkać*. To jest materiał, którym się drukuje najłatwiej ze wszystkich. Ale czy na pewno najlepszy?

Czym właściwie jest PLA? Jest to poly-lactic acid, czyli kwas polimlekowy. Biodegradowalny, bioaktywny termoplast z rodziny poliestrów. Uzyskiwany głównie z… kukurydzy. [1]

Kilka istotnych parametrów materiałowych [2]:

– temperatura zeszklenia: 55 ÷ 60 °C
– gęstość: 1.20 ÷ 1.24 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 0.3 ÷ 0.5 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 2 ÷ 3 % **
– naprężenie na granicy plastyczności: 48 ÷ 52 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 150 ÷ 260 °C (zwykle 190 ÷ 215 °C)

– temperatura platformy: 20 ÷ 80 °C (grzanie nie jest wymagane przy dobrym wypoziomowaniu, lecz zalecane przy elementach z wymiarem poziomym większym niż 10cm)

– zalecane pokrycie stołu: dowolne (przy 50 °C doskonale chwyta nawet do gołej szyby, jednak warstwy adhezyjne zawsze mile widziane – Nie klei?)

– zalecane chłodzenie: możliwie największe (ze względu na niską temperaturę uplastyczniania, należy go intensywnie schładzać tuż po wydrukowaniu)

– przeciętna cena: 60 ÷ 150 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w tetrahydrofuranie [3]

Występuje w specjalnych wariantach:

– carbon: domieszkowany grafenem/grafitem (wykazuje umiarkowane zdolności do przewodzenia, nadaje się do druku elementów ESD)

– wood: domieszkowany włóknami drewna (pachnie jak drewno, przepala się lekko przy druku i przy umiejętnym stosowaniu, wydruk jest dobrą imitacją drewnianego elementu)

– copper/bronze/stone: domieszkowany pyłami tych materiałów dla uzyskania niepowtarzalnego efektu wizualnego

ABS

Każdy normalny drukarz zaczynał od PLA. Ja zawsze muszę być jakiś inny i zaczynałem od ABS.

Znalezione obrazy dla zapytania autistic screeching

Materiał ten słynie z tego, że jest kurewsko twardy i kurewsko się kurczy. Trzeba go grzać całą mocą chińskich hotendów* (na szczęście markowe mają zwykle zapas kończący się wyżej, niż 270 °C) i najlepiej jeszcze całą mocą chińskich heatbedów* (tu również, na szczęście markowe heatbedy mają zwykle zapas kończący się wyżej, niż 100 °C). Przygotuj też pod ręką 10 puszek Dimafixu, wiadro soku ABS i owcę do złożenia w ofierze bogom druku 3D, żeby się nie podwinął*.

Jest to dokładniej akrylonitrolo-butadieno-styren. Termoplast powstały ze zmieszania trzech różnych polimerów (terpolimer)[4].  Jest to dość istotne do odnotowania, ponieważ zależnie od dobranych proporcji, zmieniają się jego właściwości – czyli ABS ABSowi nierówny. Jest jednym z najczęściej stosowanych termoplastów – zwłaszcza w branży automotive.

Informacja o zawartości styrenu jest dość istotna, ponieważ opary styrenu są kancerogenne prawie tak bardzo, jak wypowiedzi niektórych drukarzy-znafców na forach*. Zalecane jest zatem drukowanie w komorze, stosowanie filtrów i unikanie długotrwałego narażenia. Ale oczywiście wiadomo, jak wychodzi w rzeczywistości (Anet A8 koło łóżka i YOLO)*.

Tak, wiem, zachowuję się jak bohater tej pasty.

Kilka istotnych parametrów materiałowych [4][5]:

– temperatura zeszklenia: ~105 °C
– gęstość: 1.03 ÷ 1.05 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 0.4 ÷ 0.7 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 10 ÷ 50 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 30 ÷ 48 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 220 ÷ 290 °C (zwykle 240 ÷ 270 °C)

– temperatura platformy: 75 ÷ 140 °C (przy Dimafixie zwykle starcza 85 ÷ 100 °C)

– zalecane pokrycie stołu: Dimafix, Coropad, Buildtak, sok ABS, C-Stick (dokładnie w tej kolejności, chociaż takie drukarkowe świry jak ja drukują z ABS nawet na gołym szkle)

– zalecane chłodzenie: możliwie najmniejsze (duży skurcz, lubi pękać)

– przeciętna cena: 60 ÷ 150 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w acetonie

Występuje w specjalnych wariantach:

– PCABS – mieszanka ABS i Poliwęglanu (opisany później) – trudniejszy w druku, jednak

– kompozytowe – materiały o podwyższonej wytrzymałości i obniżonym skurczu

PET

Poli(teraftalan etylenu) jest jednym z najpopularniejszych polimerów termoplastycznych w świecie przetwórstwa tworzyw sztucznych. Może też występować pod nazwą „poliester” (błędnie, ponieważ poliestry to cała rodzina tworzyw), a także Dacron, Terylen bądź Lavsan (nazwy własne – podobnie jak nie każdy adidas jest marki Adidas). Znajduje zastosowanie w postaci włókien syntetycznych (60% światowego rynku), plastikowych butelek (30% światowego rynku) i wielu innych. [6]

W druku 3D jest stosowany PET-G, czyli kopolimer PET z dodatkiem glikolu – w celu zmniejszenia temperatury mięknięcia, zwiększenia transparentności, a przede wszystkim ograniczenia krystalizacji – czysty PET nie nadaje się do druku ze względu na swoją kruchość. [7]

Jest dobrym kompromisem pomiędzy PLA a ABS – dość łatwy w druku, jednak stosunkowo wytrzymały (przy odpowiednim drukowaniu najwytrzymalszy z całej trójki). Jego wadą jest to, że płynie równie dobrze jak PLA, a nie można go zbytnio chłodzić, więc bardzo nitkuje – trzeba umiejętnie operować retrakcją.

Kilka istotnych parametrów materiałowych [7][8]:

– temperatura zeszklenia: ~80 °C
– gęstość: 1.27 ÷ 1.38 g/cm3
– skurcz przetwórczy: ~1 % **
– wydłużenie przy zerwaniu: ~50 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 50 ÷ 51 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 200 ÷ 265 °C (zwykle 210 ÷ 240 °C)

– temperatura platformy: 20 ÷ 80 °C (zwykle ~60 °C)

– zalecane pokrycie stołu: dowolne (doskonała adhezja do wszystkich powierzchni, lepiej się zastanów jak go oderwiesz)

– zalecane chłodzenie: możliwie najmniejsze (można go przypadkiem skrystalizować i się robi kruchy)

– przeciętna cena: 75 ÷ 150 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w cykloheksanonie[8], jednak należy zachować ostrożność – cykloheksanon jest toksyczny[9], więc najlepiej zostawić tę robotę swojej teściowej*

HIPS

HIPS, to taki ABS, tylko fajniejszy. Jest to polistyren wysokoudarowy (high impact polystyrene), czyli polistyren modyfikowany dodatkami z gumy (polibutadienu). Jest odporniejszy na narażenia temperaturowe i ma niższą palność niż klasyczny polistyren (który zostanie omówiony w kolejnych akapitach)[10].

Drukuje się przyjemniej od ABS, a ma prawie taką samą odporność temperaturową.  Jest łatwiejszy w obróbce (domieszka gumą daje miękką, podatną na skrawanie powierzchnię).

Kilka istotnych parametrów materiałowych [11]:

– temperatura zeszklenia: 88 ÷ 92 °C
– gęstość: 1.03 ÷ 1.06 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 0.2 ÷ 0.8 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 10 ÷ 65 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 20 ÷ 40 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 220 ÷ 290 °C (zwykle 240 ÷ 270 °C)

– temperatura platformy: 65 ÷ 100 °C (przy Dimafixie zwykle starcza 75 ÷ 90 °C)

– zalecane pokrycie stołu: Dimafix, Coropad, Buildtak, sok ABS, C-Stick

– zalecane chłodzenie: umiarkowane (nieco mniejszy skurcz od ABS, ale też ma skłonności do podwijania)

– przeciętna cena: 75 ÷ 150 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w d-limonenie

TPU/TPE

TPE to elastomer termoplastyczny, czyli kopolimer (lub fizyczne połączenie) klasycznego plastiku i gumy. Wykazuje zarówno właściwości termoplastyczne jak i elastyczne. Jest to cała rodzina tworzyw, a najpopularniejsza odmiana stosowana w druku 3D to TPU – termoplastyczny poliuretan[12].

TPU to blokowy kopolimer oparty o naprzemiennie ułożone segmenty poliuretanu i elastomeru. Zmieniając stosunek poszczególnych składników, strukturę, bądź masę cząsteczkową, jesteśmy w stanie zmieniać właściwości tworzywa – przede wszystkim, jego twardość[13].

Jest to więc drukowalna guma, którą możemy kupić w wielu różnych stopniach twardości (zwyczajowo 40-60D w skali Shore’a).

Dwoma istotnymi problemami w druku z gumy są bardzo duży skurcz materiałowy oraz skłonność do desperackich prób ucieczki przed nieuniknionym (zawija się na odcinku między radełkiem ekstrudera a wejściem głowicy i wychodzi bokiem).

Kilka istotnych parametrów materiałowych dla TPU 43D [14][15]:

– temperatura zeszklenia: 15 ÷ 40 °C
– gęstość: 1.10 ÷ 1.35 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 0.7 ÷ 2 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 500 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 7.6 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 210 ÷ 290 °C (zwykle 240 ÷ 270 °C)

– temperatura platformy: 20 °C

– zalecane pokrycie stołu: taśma dwustronna

– zalecane chłodzenie: minimalne (skurcz)

– przeciętna cena: 200 ÷ 500 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w acetonie, tetrahydrofuranie oraz dimetyloformamidzie [16]

PMMA

Spotykasz go na co dzień i prawdopodobnie nie jesteś tego nawet świadom. Gdzie? PMMA, to poli(metakrylan metylowy), ale szerzej znany jest pod nazwą „pleksa”, bądź „plexiglas” lub „szkło akrylowe”. Termoplast o wysokiej transparentności stosowany do wykonywania arkuszy alternatywnych do tafli szkła.  Jedną z istotnych cech jest wysoka odporność na promieniowanie UV[17].

Kilka istotnych parametrów materiałowych[18]:

– temperatura zeszklenia: 90 ÷ 110 °C
– gęstość: 1.17 ÷ 1.20 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 0.2 ÷ 0.8 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 2 ÷ 10 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 38 ÷ 70 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 210 ÷ 290 °C (zwykle 240 ÷ 270 °C)

– temperatura platformy: 80 ÷ 110 °C

– zalecane pokrycie stołu: Dimafix, Coropad, Buildtak, sok ABS, C-Stick

– zalecane chłodzenie: minimalne (skurcz)

– przeciętna cena: 100 ÷ 200 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w toluenie[19]

PA (nylon)

Filament dla prawdziwych twardzieli, wyjadaczy druku 3D. Wniesie do Twojego życia dużo cierpienia, ale odwdzięczy się zajebistą odpornością. Ma duży skurcz przy druku – większy od ABS. Podwija się, pęka, zasłania telewizor w trakcie meczu, zaciąga Twoją kobietę do łóżka.

Cechuje się wysoką higroskopijnością – wciąga wodę jak gąbka, a potem fajnie strzela z dyszy jak go nie wysuszysz. Polecam stosować suszarkę do grzybów – większość modeli idealnie mieści szpulę z filamentem. Zaletą tej higroskopijności jest jednak fakt, że dzięki temu bardzo chętnie daje się malować.

Znalezione obrazy dla zapytania namaluj mnie jak jedną ze swoich francuskich dziewczyn kwejk

Poliamidy są długołańcuchowymi polimerami o wiązaniach amidowych -C(O)-NH-. Tworzywa te otrzymywane są m.in. na drodze reakcji kwasów z aminami, np. poliamid 66 (PA 66) powstaje w wyniku polikondensacji kwasu adypinowego z sześciometylenodwuaminą.[20]

Poliamid 6 lub nylon 6(PA 6), wyprodukowano po raz pierwszy w 1952, natomiastpoliamid 66 lub nylon 66 (PA 66) został wynaleziony przez koncern DuPont już w 1935.[20]

Poliamidy należą do najczęściej wykorzystywanych tworzyw technicznych, dzięki dobrej równowadze pomiędzy właściwościami a ceną.[20]

Poliamid 12 (PA 12): materiał zmodyfikowany dla doskonałej odporności chemicznej i termicznej, wysokiej stabilności wymiarowej oraz małej gęstości. [20]

Kilka istotnych parametrów materiałowych PA6[21]:

– temperatura zeszklenia: 180 ÷ 195 °C
– gęstość: 1.12 ÷ 1.14 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 1.0 ÷ 2.5 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 200 ÷ 300 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 50 ÷ 90 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 240 ÷ 290 °C (zwykle 245 ÷ 270 °C)

– temperatura platformy: 110 ÷ 140 °C

– zalecane pokrycie stołu: PEI, Dimafix, Coropad, Buildtak, sok ABS, C-Stick

– zalecane chłodzenie: minimalne (skurcz)

– przeciętna cena: 120 ÷ 350 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w m-cresolu[22]­

 

PC

Poliwęglany (polycarbonates) to grupa materiałów termoplastycznych, które zawierają grupy węglowe w swoich strukturach chemicznych. Są używane w inżynierii jako wytrzymałe, twarde materiały. W niektórych przypadkach – optycznie transparentne.  [23]

Łatwo podaje się formowaniu, jednak jest jeden haczyk – jest kurewsko toksyczny. Nie polecam przebywać przy drukarce pracującej bez komory i wyciągu, ani stosować go w kontakcie z żywnością. [24]

Jedną z zalet poliwęglanu jest jego odporność na wysokie temperatury – do 120 °C. Z tego właśnie powodu, tworzone są mieszanki takie jak PCABS.

Kilka istotnych parametrów materiałowych PC[25]:

– temperatura zeszklenia: ok 120 °C
– gęstość: 1.19 ÷ 1.21 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 0.5 ÷ 0.7 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 100 ÷ 150 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 58 ÷ 70 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 280 ÷ 330 °C (zwykle 295 ÷ 300 °C)

– temperatura platformy: 130 ÷ 140 °C

– zalecane pokrycie stołu: PEI, Dimafix, Coropad, Buildtak, sok ABS, C-Stick

– zalecane chłodzenie: minimalne (skurcz)

– przeciętna cena: 150 ÷ 350 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w CHCl2, cyklopentanonie, dimetyloformamidzie[26]­

 

 

ASA

Akrylonitrylo-styreno-akrylat – termoplast będący alternatywą ABSu. Również zawiera styren, co czyni jego opary toksycznymi, jednak posiada poprawioną odporność na warunki atmosferyczne – jest szeroko stosowany w branży automotive w miejscach, gdzie istotna jest odporność na UV. [27]

Zastosowanie akrylatu zamiast butadienu zwiększyło odporność na narażenia środowiskowe – w tym ograniczyło skurcz materiałowy, więc materiał ma mniejsze skłonności do pękania od klasycznego ABS.

Kilka istotnych parametrów materiałowych ASA[27]:

– temperatura zeszklenia: ok 120 °C
– gęstość: 1.05 ÷ 1.07 g/cm3
– skurcz przetwórczy: 0.4 ÷ 0.7 %
– wydłużenie przy zerwaniu: 15 ÷ 40 %
– naprężenie na granicy plastyczności: 35 ÷ 40 MPa

Informacje przydatne przy druku:

– temperatura druku: 240 ÷ 290 °C (zwykle 245 ÷ 260 °C)

– temperatura platformy: 90 ÷ 100 °C

– zalecane pokrycie stołu: Dimafix, Coropad, Buildtak, sok ABS, C-Stick

– zalecane chłodzenie: minimalne (skurcz)

– przeciętna cena: 90 ÷ 200 zł/kg (nie dotyczy materiałów domieszkowanych)

– rozpuszczalny w acetonie

Podsumowanie

Jeśli drukujesz elementy ozdobne – zastosuj PLA. Jeśli chcesz, aby były przy tym transparentne – zastosuj PETG lub PMMA.

Jeśli element ma drobne detale, które przy PLA i PET się zlewają – zastosuj ABS lub ASA.

Jeśli chcesz poddawać element obróbce mechanicznej (wiercenie, frezowanie itp.) – zastosuj ABS, ASA, PCABS lub PC.

Jeśli element ma przejawiać wysoką odporność na udary – zastosuj nylon. Jeśli sobie z nim nie radzisz, możesz ograniczyć się do PET.

Jeśli element ma mieć do czynienia z wysokimi temperaturami – celuj w nylon, PC, albo przynajmniej PCABS.

Jeśli chcesz wydrukować elementy gumowe (uszczelki, opony, sztuczne penisy) to TPE, najczęściej TPU.

Jeśli nie radzisz sobie z druku z ABS, w większości przypadków może go doskonale zastąpić HIPS.

Jeśli chcesz spróbować któregokolwiek z tych materiałów, albo kupić pełen pakiet próbek (po kilkadziesiąt-kilkaset gramów – napisz na kontakt@printerspace.pl

Jeśli zauważysz braki, bądź błędy w tekście, lub masz pytania – napisz na kontakt@maciejdrukuje.pl

Źródła

[0] https://sklep.printerspace.pl/
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Polylactic_acid
[2] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/121,polilaktyd-pla,polimer.html
[3] https://3dprinting-blog.com/tag/tetrahydrofuran/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadiene_styrene
[5] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/1,akrylonitryl-butadien-styren-abs,polimer.html
[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene_terephthalate
[7] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/114,politereftalan-etylenowy-glikol-pet-g,polimer.html
[8] http://reprap.org/wiki/PETG
[9] https://pl.wikipedia.org/wiki/Cykloheksanon
[10] https://de.wikipedia.org/wiki/High_Impact_Polystyrene
[11] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/114,politereftalan-etylenowy-glikol-pet-g,polimer.html
[12] https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic_elastomer
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic_polyurethane
[14] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/199,termoplastyczny-elastomer-poliuretanowy-tpu,polimer.html
[15] https://www.tpu.covestro.com/en/Products/Texin/ProductList/201402280425/Texin-245
[16] https://www.researchgate.net/post/Hi_What_are_the_good_solvents_for_dissolving_TPU_thermoplastic_polyurethane_except_for_DMF_solvent_similar_to_DMF_but_with_low_boiling_point
[17] https://en.wikipedia.org/wiki/Poly(methyl_methacrylate)
[18] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/122,polimetakrylan-metylowy-pmma,polimer.html
[19] https://www.researchgate.net/post/With_PMMA_which_solvent_to_use
[20] http://www.resinex.pl/rodzaje-polimerow/pa.html
[21] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/47,poliamid-6-pa-6,polimer.html
[22] https://en.wikipedia.org/wiki/M-Cresol
[23] https://en.wikipedia.org/wiki/Polycarbonate
[24] https://en.wikipedia.org/wiki/Polycarbonate#Potential_hazards_in_food_contact_applications
[25] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/81,poliweglan-pc,polimer.html
[26] https://www.researchgate.net/post/What_would_be_the_best_solvent_for_PC2
[27] https://en.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_styrene_acrylate
[28] http://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/10,akrylonitryl-styren-akryl-asa,polimer.html

* joke (chociaż, kto wie…)

** Znalezione obrazy dla zapytania doubt