Ghidul celor mai populare materiale de imprimare 3D
Imprimarea 3D vă permite să prototipați și să fabricați piese pentru o gamă largă de aplicații rapid și rentabil. Dar alegerea procesului corect de imprimare 3D este doar o parte a monedei. În cele din urmă, va depinde în mare măsură de materiale care vă vor permite să creați piese cu proprietățile mecanice, caracteristicile funcționale sau aspectul dorit.
Acest ghid cuprinzător al materialelor de imprimare 3D prezintă cele mai populare materiale de imprimare 3D din plastic și metal disponibile, le compară proprietățile, aplicațiile și descrie un cadru pe care îl puteți utiliza pentru a-l alege pe cel potrivit pentru proiectul dumneavoastră.
Materiale și procese de imprimare 3D din plastic
Există zeci de materiale plastice disponibile pentru imprimarea 3D, fiecare cu calitățile sale unice care îl fac cel mai potrivit pentru cazurile de utilizare specifice. Pentru a simplifica procesul de găsire a materialului cel mai potrivit pentru o anumită piesă sau produs, să ne uităm mai întâi la principalele tipuri de materiale plastice și la diferitele procese de imprimare 3D.
Tipuri de materiale plastice
Există două tipuri principale de materiale plastice:
- Materialele termoplastice sunt cel mai des folosit tip de plastic. Principala caracteristică care îi diferențiază de termorigide este capacitatea lor de a trece prin numeroase cicluri de topire și solidificare. Materialele termoplastice pot fi încălzite și formate în forma dorită. Procesul este reversibil, deoarece nu are loc nicio legătură chimică, ceea ce face posibilă reciclarea sau topirea și reutilizarea materialelor termoplastice. O analogie comună pentru materialele termoplastice este untul, care poate fi topit, re-solidificat și topit din nou. Cu fiecare ciclu de topire, proprietățile se schimbă ușor.
- Materialele plastice termorigide (denumite și termorigide) rămân în stare solidă permanentă după întărire. Polimerii din materialele termorigide se reticulă în timpul unui proces de întărire care este indus de căldură, lumină sau radiații adecvate. Materialele plastice termorigide se descompun mai degrabă atunci când sunt încălzite decât se topesc și nu se vor reforma la răcire. Reciclarea termorezistentelor sau returnarea materialului înapoi în ingredientele sale de bază nu este posibilă. Un material termorigid este ca aluatul de prăjitură, odată copt într-o prăjitură, nu poate fi topit din nou în aluat.
Procese de imprimare 3D din plastic
Cele mai cunoscute trei procese de imprimare 3D din plastic astăzi sunt următoarele:
a. Imprimantele 3D cu modelare prin depunere fuzionată (FDM) topesc și extrud filamentele termoplastice, pe care o duză de imprimantă le depune strat cu strat în zona de construcție.
b. Imprimantele 3D stereolitografice (SLA) folosesc un laser pentru a întări rășinile lichide termorigide în plastic întărit într-un proces numit fotopolimerizare.
c. Imprimantele 3D cu sinterizare selectivă cu laser (SLS) folosesc un laser de mare putere pentru a fuziona particule mici de pulbere termoplastică.
Imprimare 3D FDM
Modelarea prin depunere fuzionată (FDM), cunoscută și sub denumirea de fabricație de filament fuzionat (FFF), este cea mai utilizată formă de imprimare 3D la nivel de consumator, alimentată de apariția imprimantelor 3D hobbyist.
Această tehnică este potrivită pentru modelele de bază de dovadă a conceptului, precum și pentru prototiparea rapidă și cu costuri reduse a pieselor simple, cum ar fi piesele care ar putea fi de obicei prelucrate.
FDM la nivel de consumator are cea mai scăzută rezoluție și precizie în comparație cu alte procese de imprimare 3D din plastic și nu este cea mai bună opțiune pentru imprimarea modelelor complexe sau a pieselor cu caracteristici complexe. Finisajele de calitate superioară pot fi obținute prin procese de lustruire chimică și mecanică. Imprimantele 3D industriale FDM folosesc suporturi solubile pentru a atenua unele dintre aceste probleme și oferă o gamă mai largă de termoplastice de inginerie sau chiar compozite, dar au și un preț ridicat.
Pe măsură ce filamentul topit formează fiecare strat, uneori pot rămâne goluri între straturi atunci când nu aderă complet. Acest lucru are ca rezultat piese anizotrope, ceea ce este important de luat în considerare atunci când proiectați piese menite să suporte sarcina sau să reziste la tragere.
Materiale populare de imprimare 3D FDM
Cele mai comune materiale de imprimare 3D FDM sunt ABS, PLA și diferitele lor amestecuri. Imprimantele FDM mai avansate pot imprima și cu alte materiale specializate care oferă proprietăți precum rezistență mai mare la căldură, rezistență la impact, rezistență chimică și rigiditate.
Material, caracteristici și aplicații:
ABS (acrilonitril butadien stiren)
Puternic și durabil, rezistent la căldură și impact. Necesita un pat încălzit pentru a imprima și ventilație. Aplicabil la prototipuri funcționale.
PLA (acid polilactic)
Cele mai ușor materiale FDM de imprimat, rigide, puternice, dar fragile fiind mai puțin rezistente la căldură și substanțe chimice. Sunt biodegradabile și fără miros. Aplicabilitate în domeniul modelelor conceptuale, care arată ca prototipuri.
PETG (polietilen tereftalat glicol)
Compatibil cu temperaturi mai scăzute de imprimare pentru o producție mai rapidă. Rezistent la umiditate și substanțe chimice, transparență ridicată și pot fi sigure pentru alimente. Folosit la aplicații impermeabile și componente snap-fit.
Nailon
Este un material puternic, durabil, ușor și parțial flexibil. Rezistent la căldură și impact. Foarte complex de imprimat pe prototipuri funcționale FDM. Aplicabil în cazul pieselor rezistente la uzură
TPU (poliuretan termoplastic)
Flexibil, extensibil și rezistent la impact. Amortizare excelentă a vibrațiilor. Folosit pentru prototipuri flexibile
PVA (alcool polivinilic)
Material suport solubil, se dizolvă în apă. Utilizat ca material suport.
HIPS (polistiren de mare impact)
Material de suport solubil cel mai frecvent utilizat cu ABS. Se dizolvă în limonen chimic Folosit ca material suport
Compozite (fibră de carbon, kevlar, fibră de sticlă)
Materiale rigide, puternice sau extrem de dure și scumpe având o compatibilitate limitată la unele imprimante 3D industriale FDM. Folosite la prototipuri funcționale, Jig-uri, accesorii și scule.
Imprimare 3D SLA
Stereolitografia a fost prima tehnologie de imprimare 3D din lume, inventată în anii 1980 și este încă una dintre cele mai populare tehnologii pentru profesioniști.
Piesele SLA au cea mai mare rezoluție și acuratețe, cele mai clare detalii și cel mai fin finisaj al suprafeței dintre toate tehnologiile de imprimare 3D din plastic. Imprimarea 3D cu rășină este o opțiune excelentă pentru prototipuri foarte detaliate care necesită toleranțe strânse și suprafețe netede, cum ar fi matrițe, modele și părți funcționale. Piesele SLA pot fi, de asemenea, foarte lustruite și/sau vopsite după imprimare, rezultând piese pregătite pentru client, cu finisaje foarte detaliate.
Piesele imprimate folosind imprimarea 3D SLA sunt în general izotrope – rezistența lor este mai mult sau mai puțin consecventă indiferent de orientare, deoarece legăturile chimice apar între fiecare strat. Acest lucru are ca rezultat piese cu performanțe mecanice previzibile critice pentru aplicații precum dispozitive și dispozitive de fixare, piese de utilizare finală și prototipuri funcționale.
Materiale populare de imprimare 3D SLA
Imprimarea 3D SLA este extrem de versatilă, oferind formulări de rășină cu o gamă largă de proprietăți optice, mecanice și termice pentru a se potrivi cu cele ale termoplasticelor standard, de inginerie și industriale.
Material, caracteristici și aplicații:
Rășini standard
Material de înaltă rezoluție cu finisaj de suprafață neted, mat. Aplicabilitate în domeniul modelelor conceptuale, care arată ca prototipuri.
Rășină transparentă
Singurul material cu adevărat transparent pentru imprimarea 3D din plastic, polishat până aproape de transparență optică. Componente care necesită transparență optică. Milifluidică
Draft Resin
Unul dintre cele mai rapide materiale pentru imprimarea 3D
De 4 ori mai rapid decât rășinile standard, de până la 10 ori mai rapid decât FDM. Bun pentru prototipurile inițiale și iterații rapide.
Rășini rezistente și durabile
Materiale puternice, robuste, funcționale și dinamice care pot face față compresiei, întinderii, îndoirii și impacturilor fără a se rupe. Diverse materiale cu proprietăți similare cu ABS sau PE. Aplicabilitate pentru carcase, Jig-uri și accesorii, conectori, prototipuri de uzură.
Rășini rigide
Materiale foarte umplute, puternice și rigide, care rezistă la îndoire. Sunt rezistente termic și chimic dar și stabile dimensional sub sarcină. Utilitate la Jig-uri, dispozitive de fixare și scule, turbine și pale de ventilator, componentele fluidelor și ale fluxului de aer, carcase electrice și carcase auto.
Rășini poliuretanice
Durabilitate excelentă pe termen lung, rezistente UV, temperatură și umiditate, stabile, ignifuge, sterile și rezistență chimică bună și abraziune. Utilizare la componente de înaltă performanță pentru automobile, aerospațiale și mașini. Piese de uz final robuste și prototipuri funcționale dure, de lungă durată.
Rășină la temperatură ridicată
Rezistență la temperatură ridicată și de înaltă precizie.
Utilizare pentru debit de aer cald, gaz și fluid sau suporturi, carcase și dispozitive rezistente la căldură. Matrițe si inserturi.
Rășini flexibile și elastice
Flexibilitate din cauciuc, TPU sau silicon. Poate rezista la îndoire, îndoire și compresie. Rezistă cicluri repetate fără a rupe. Utilizare pentru prototipurile bunurilor de larg consum, dispozitive medicale și modele anatomice. Prezintă caracteristici compatibile pentru robotică, recuzită și modele cu efecte speciale.
Rășini medicale și dentare
O gamă largă de rășini biocompatibile pentru producerea de aparate medicale și dentare, inclusiv ghidaje chirurgicale, dispozitive dentare sau proteze umane.
Rășini de bijuterii
Materiale pentru turnare și turnare cauciuc vulcanizat. Ușor de turnat, cu detalii complicate și reținere puternică a formei. Folosite pentru piese de încercare, ideale pentru matrițe reutilizabile și bijuterii personalizate.
Rășină ESD
Material sigur pentru ESD pentru a îmbunătăți fluxurile de lucru în producția de electronice Instrumente și accesorii pentru fabricarea de electronice. Prototipuri antistatice și componente de utilizare finală. Tăvi personalizate pentru manipularea si depozitarea componentelor.
Rășină ceramică
Finisaj asemănător pietrei. Poate fi ars pentru a crea o piesă complet ceramică. Utilitate în cercetare de inginerie, piese de artă și design.
Imprimare 3D SLS
Imprimarea 3D cu sinterizare laser selectivă (SLS) este de încredere de către ingineri și producători din diferite industrii pentru capacitatea sa de a produce piese puternice și funcționale. Costul redus pe piesă, productivitatea ridicată și materialele consacrate fac ca tehnologia să fie ideală pentru o gamă largă de aplicații, de la prototipare rapidă la producție în loturi mici, bridge sau personalizat.
Deoarece pulberea netopită susține piesa în timpul imprimării, nu este nevoie de structuri de sprijin dedicate. Acest lucru face ca SLS să fie ideal pentru geometrii complexe, inclusiv caracteristici interioare, degajări, pereți subțiri și caracteristici negative.
La fel ca SLA, piesele SLS sunt, de asemenea, în general mai izotrope decât piesele FDM. Piesele SLS au o suprafață ușor aspră din cauza particulelor de pulbere, dar aproape fără linii vizibile de strat.
Materiale populare de imprimare SLS 3D
Selecția de materiale pentru SLS este limitată în comparație cu FDM și SLA, dar materialele disponibile au caracteristici mecanice excelente, cu rezistență asemănătoare pieselor turnate prin injecție. Cel mai comun material pentru sinterizarea selectivă cu laser este nailonul, un termoplastic de inginerie popular cu proprietăți mecanice excelente. Nailonul este ușor, puternic și flexibil, precum și stabil la impact, substanțe chimice, căldură, lumină UV, apă și murdărie.
Material, caracteristici și aplicații:
Nylon 12
Puternic, rigid, robust și durabil. Rezistent la impact și poate îndura uzura repetată. Rezistent la UV, lumină, căldură, umiditate, solvenți, temperatură și apă. Ideal pentru prototipări funcționale, piese destinate utilizării finale și dispozitive medicale.
Nylon 11
Proprietăți similare cu Nylon 12, dar cu o elasticitate mai mare, alungire la rupere și rezistență la impact, dar rigiditate mai mică. Utilizat pentru prototipări funcționale, piese destinate utilizării finale și dispozitive medicale.
TPU
Material flexibil, elastic și cauciucat. Rezistent la deformare cu o stabilitate UV ridicată și
absorbție mare a șocurilor. Bun pentru prototipări funcționale, piese de utilizare finală flexibile, asemănătoare cauciucului și dispozitive medicale.
Nailon compozit
Materiale din nailon întărite cu sticlă, aluminiu sau fibră de carbon pentru rezistență și rigiditate sporite. Prototipări funcționale și piese structurale destinate utilizării finale.
Comparații ale materialelor și proceselor de imprimare 3D din plastic
Diferitele materiale și procese de imprimare 3D au propriile lor puncte forte și puncte slabe care le definesc adecvarea pentru diferite aplicații. Următorul tabel oferă un rezumat la nivel înalt al unor caracteristici și considerații cheie.