Пластики для 3D принтера. Руководство по видам пластиков и их характеристики

Выбор правильного типа пластика для 3D печати объекта становится все более трудным, так как на рынке 3D-печати регулярно появляются радикально новые материалы. В FDM 3D-печати PLA и ABS изначально были двумя основными используемыми полимерами, что связано с их прочностными, температурными характеристиками и доступностью. Поэтому для других полимеров в целом нет каких-либо серьезных препятствий, чтобы сыграть свою роль в будущем FDM технологии.

Сейчас мы видим, что новые виды филамента становятся более популярными, как чистые полимеры, так и композитные составы. В этом исследовании мы сфокусируемся на основных чистых полимерах, которые существуют на рынке сегодня: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (Flexible) и PC. Мы суммируем ключевые различия между их свойствами, чтобы пользователи могли быстро принять решение о том, какой полимер лучше всего подходит для их работы.

Также рассмотрим свойства и особенности других видов пластиков: инженерных, конструкционных, композитных, углеродосодержащих, восковых, декоративных, токопроводящих, растворимых и т.д.

Любительские и профессиональные пластики

Деление пластиков на любительские и профессиональные является условным, так как большинство из них могут использоваться как на производстве, так и в домашних условиях. Но некоторые материалы очень сложны в обработке и предъявляют высокие требования к 3Д-печатному оборудованию, поэтому зачастую недоступны для любителей.

К примеру, большинство бюджетных принтеров не способны обеспечить нагрев сопла до температур выше 250 градусов и не имеют активной термокамеры для поддержания определенной температуры в рабочей области. Кроме того, стоимость профессиональных (инженерных) пластиков в разы превышает цену обычных, что делает их недоступными для многих.  

Методология

Пластики для 3D принтеров обычно классифицируются по 3 категориям: механические характеристики, визуальное качество и пригодность к постобработке. Далее мы разобьём эти категории, чтобы нарисовать более четкую картину свойств полимеров. Выбор материала зависит от того, что пользователь хочет напечатать, поэтому перечислим ключевые критерии, необходимые для выбора материала, кроме стоимости:

Простота печати: Насколько легко печатать пластиком: адгезия между слоями, максимальная скорость печати, частота возможного брака, точность печати, удобство подачи в принтер и т. д.

Визуальное качество: насколько хорошо выглядит готовая модель.

Максимальные нагрузки: максимальное напряжение, которое может испытать объект, прежде чем сломаться при медленном натяжении.

Растяжение на разрыв: максимальная длина объекта, растянутого до разрыва.

Ударопрочность: энергия, необходимая для разрушения объекта при внезапном ударе.

Адгезия между слоями (изотропия): насколько хороша адгезия между слоями материала. Это связано с «изотропией» (однородностью во всех направлениях). Чем лучше адгезия слоя, тем более изотропным будет объект.

Термостойкость: максимальная температура, которую объект может выдержать до размягчения и деформации.

Данные свойства не являются ни «хорошими», ни «плохими» по сути; это просто свойства, которые подходят для своей области применения. Например, жесткость.

У нас нет точной количественной оценки, но можно сказать, что это важный фактор. Также есть параметры «влагостойкость» или «токсичность».

Основные параметры выбора пластика

Ассортимент пластиков для 3D-печати настолько широк, что в нем легко запутаться. Чтобы правильно выбрать материал, нужно обратить внимание на его определенные параметры.

Диаметр нити

Большинство современных принтеров используют пластиковые филаменты диаметром 1,75 мм. Нити с таким сечением имеют идеальную пластичность и без лишнего сопротивления проходят через любой экструдер. Также выпускаются филаменты диаметром 3 мм, используемые преимущественно в боуден-экструдерах топовых производителей 3Д-оборудования. 

Характеристики готовой детали

Один из наиболее важных параметров при выборе пластикового филамента. Перед покупкой нужно учесть, каким должно быть готовое изделие, как будет использоваться и какие свойства могут повлиять на его будущую эксплуатацию. Если в планы входит печать разнообразных деталей, лучше обратить внимание на базовые виды нитей.  

Цвет

Огромное разнообразие цветов и оттенков пластиковых филаментов позволяет выбрать материал для воплощения в жизнь любой идеи. Однако, не для всех материалов характерно многообразие цветов. В некоторых случаях лучше выбрать материал с нужными эксплуатационными характеристиками в ущерб оригинальному окрасу. 

Состав

У каждой пластиковой нити своя формула. В зависимости от состава, филамент может быть жестким, гибким, светящимся, керамическим, «металлическим» и т.д. Также выпускаются специальные эко-пластики для пользователей, заботящихся о своем здоровье и окружающей среде.

Материалы

Наиболее распространенные виды пластика – PLA и ABS, свойства которых хорошо известны любителям и профессионалам в сфере трехмерной печати. Производители материалов иногда модифицируют пластики и добавляют в них различные присадки для изменения свойств чистого полимера (например, углеродное волокно, чтобы сделать материал более жестким). Другие виды филаментов применяются реже, и некоторые их них знакомы только самым опытным печатникам. Каждый материал имеет определенные свойства и предназначен для изготовления объектов с определенными характеристиками. 

Базовые пластики

К базовым видам пластиков относятся универсальные филаменты для трехмерной печати, подходящие практически для любых принтеров, включая бюджетные модели. Для работы с такими пластиковыми нитями не требуются особые навыки и специальные настройки оборудования.

Пластик PLA

PLA (полилактид, полимолочная кислота, биоразлагаемый полиэфир) - самый простой полимер для печати и обеспечивает хорошее визуальное качество полученных деталей. Он довольно твёрдый, но на деле очень хрупкий и не подходит для использования в работающих механизмах. Обладает нулевой усадкой.

Пластик ABS

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) – ударопрочный пластик, применяемый для печати функциональных деталей и долговечных механических изделий. Для построения моделей требуется 3D-принтер с закрытой камерой. Материал плавится при температуре 210-245 градусов, обладает средней межслойной адгезией и средней адгезией к печатной платформе. Температура стола – 90-120 градусов. 

ABS обычно выбирается вместо PLA, когда требуется более высокая термостойкость и более высокая прочность.

Пластик PET

PET (PETG, полиэтилентерефталат-гликоль) - более мягкий полимер, который обладает более интересными свойствами, но с оговоркой на некоторые существенные недостатки. Это достаточно ударопрочный материал, подходящий для использования в домашних условиях. Степень его межслойной адгезии настолько высока, что под воздействием повышенных нагрузок готовые изделия чаще ломаются не вдоль, а против слоев. Из этого пластика можно изготавливать прочные изделия с тонкими стенками, а также втулки, шестерни и другие детали механизмов. При печати с применением PET температура экструзии должна составлять 215-245 градусов, температура рабочего стола – 20-80 градусов, обдув – 20%.

Пластик TPU

TPU (модификация TPE) – термопластичный полиуретан, широко используемый в промышленности. Имеет более высокую жесткость в сравнении с TPE, долговечен, сохраняет эластичность при охлаждении.
TPU – это гибкий пластик. В основном он используется в деталях, которым необходима эластичность, но его очень высокая ударопрочность может быть использована и для других применений.

FLEX (TPC)

Flex (полиуретан) – мягкий резиноподобный материал, из которого изготавливаются гибкие, эластичные изделия. Плавится при температуре 220-240 градусов, отличается хорошей адгезией слоев и средней адгезией к рабочей поверхности. Температура стола должна составлять 90-110 градусов.

TPC (модификация TPE) – термопластичный сополиэфир, применяемый для изготовления деталей с высокой стойкостью к химическим воздействиям и температурам до 150 градусов.

Все модификации TPE рассчитаны на 3Д-печать при температурах 210-230 градусов.

SBS

SBS (стиролбутадиен-стирол) – прочный, малотоксичный прозрачный материал с низкой усадкой. Используется для печати при температуре экструзии 220-240 градусов, температуре рабочего стола 70-90 градусов и обдуве 20%. Отличается низкой межслойной адгезией и средней адгезией к столу. 

ASA

ASA (Eternal, акрилонитрилстиролакрилат) – материал, родственный ABS, но отличающийся от него более высокой стойкостью к воздействию ультрафиолета. Подходит для производства элементов механизмов, корпусов, оснастки и др. Для работы с ASA требуются подогрев столика и термокамера, защищающая создаваемую модель от деформаций, растрескивания и отрыва от рабочей платформы.  

PP

РР (полипропилен) – нетоксичный, износостойкий, влагостойкий и химически устойчивый материал, широко применяемый в производстве посуды, упаковочных материалов, труб, шприцов. Плавится при температуре 220-250 градусов, обладает средней адгезией слоев и низкой адгезией к рабочей поверхности. Температура стола должна составлять 100-120 градусов.

nGen

nGen – пластик с низким содержанием стирола, созданный компанией ColorFabb на основе полимера Eastman Amphora AM3300 3D. Материал обеспечивает поступление стабильного потока филамента даже при печати при более низких температурах в сравнении с другими полимерами. Позволяет изготавливать объекты стабильно высокого качества и прочности. nGen используется при производстве функциональных деталей и прототипов.

Инженерные пластики

Пластики этого вида имеют улучшенные физические характеристики, позволяющие получать ожидаемые результаты при изготовлении деталей. По этой причине они применяются в разных отраслях промышленности, инженерии, бизнесе. Из инженерных пластиков производят мастер-модели, прототипы, готовые детали. Для работы с такими филаментами, как правило, используются 3D-принтеры высокого класса, оснащенные закрытой камерой для поддержания оптимальной температуры печати.  

Нейлон (Nylon)

Нейлон имеет отличные механические свойства и, в частности, лучшую ударопрочность для негибкой нити. Но могут возникнуть, и обязательно возникнут, если не позаботиться о специальном клее, проблемы как с адгезией к платформе, так и между слоями.

Пластик Поликарбонат (PC)

PC (поликарбонат) – очень прочный прозрачный материал, устойчивый к физическому, температурному воздействию и выдерживающий нагрев до 110 градусов. Применяется при изготовлении масок для аквалангов, бронестекол, для остекления парников и т.д. Температура экструзии – 270-310 градусов, рабочей поверхности – 90-110 градусов. Адгезия к столу – низкая, межслойная – высокая.

PC может сыграть роль интересной альтернативы ABS. Их свойства достаточно схожи.

PC / ABS

PC/ABS (поликарбонат/акрилонитрил-бутадиен-стирол) – смесь материалов PC и ABS, обеспечивающая уникальное сочетание технологичности ABS и превосходных механических свойств, термостойкости и ударопрочности PC. Это универсальный конструкционный материал, применяемый для изготовления функциональных объектов, требующих высокой деформационной теплостойкости (95-125 градусов) и достаточной ударной прочности. PC/ABS используется при производстве компонентов салона автомобилей, корпусов телевизоров, компьютеров, телефонов и портативных устройств и т.д. Температура экструзии – 250-260 градусов, рабочей платформы – 100-110 градусов.

POM

POM (полиоксиметилен, делрин, полиацеталь, ацеталь) – инженерный пластик, по физико-механическим свойствам превосходящий нейлон и широко используемый при производстве конструкционных элементов (в том числе высокоточных или движущихся деталей). Температура экструзии – 220-250 градусов, температура рабочей платформы – 110-130 градусов. Адгезия к столу - низкая, межслойная адгезия – средняя. 

PMMA

PMMA (полиметилметакрилат, оргстекло) – прочный, влагостойкий прозрачный пластик, устойчивый к ультрафиолетовому излучению. Готовые модели отличаются хорошей пластичностью и легко поддаются склейке.

PVD

PVD (полиэтилен высокого давления) – легкий, прочный, износостойкий синтетический полимер с высокими термическими и пластическими свойствами. Легко проницаем для газов, но не пропускает воду. Применяется при производстве упаковки и др. Плавится при температуре 230-260 градусов.

СЭБС (Rubber)

СЭБС (Rubber, стиролэтиленбутиленстирол) – разновидность синтетического каучука, применяемая в производстве износостойких автомобильных ковриков и шин, уплотнителей, кнопок, амортизаторов, обувных подошв, игрушек, герметиков, термоплавких клеев, а также множества других резиновых изделий. Материал прекрасно выдерживает нагрузки на растяжение, сжатие и кручение. Упруг, устойчив к резким перепадам температуры и воздействию широкого спектра химических веществ, включая разбавленные щелочи и кислоты, спирты, моющие средства, но уязвим перед минеральными маслами и бензином.

Трехмерная печать с использованием СЭБС вызывает ряд сложностей, связанных с подачей и ретрактом легкодеформируемого филамента. Лучших результатов в плане стабильности готовых моделей можно добиться, используя директ-экструдер и печатая объекты при относительно низких скоростях. Для предотвращения термоусадки необходим подогрев платформы, при этом, для печати не требуется термокамера.

Конструкционные пластики

Конструкционные филаменты – это полимерные материалы, отличающиеся стойкостью к химически агрессивным средам, жаропрочностью, повышенной устойчивостью к механическим нагрузкам. Благодаря улучшенным физико-химическим свойствам, эти материалы используются в химической промышленности, машино- и автомобилестроении, отраслях ВПК, аэрокосмической области, научно-исследовательской деятельности. Из конструкционных пластиков производят функциональные модели, соответствующие всем прочностным нормам серийных изделий.    

PEEK

PEEK (полиэфирэфиркетон) – полукристаллический пластик с уникальным сочетанием химической, механической и термической стойкости. Применяется для производства функциональных прототипов деталей, испытывающих повышенные физико-механические или температурные нагрузки. Из-за тугоплавкости и большого количества испарений при нагреве не подходит для печати на домашних 3Д-принтерах, поэтому применяется только в заводских/промышленных условиях. Температура экструзии – 360-410 градусов, температура стола – 120-180 градусов. Межслойная адгезия – хорошая, адгезия к поверхности платформы – низкая.

Полисульфон (PSU)

Полисульфон (PSU) – высокопрочный, тугоплавкий инженерный полимер, используемый в производстве контейнеров для пищи, столовых приборов, различных механических деталей, фильтрующих мембран в пищевой промышленности, водоочистке, газовых сепараторах. Пластик этого вида также применяется в промышленном дизайне. Температура экструзии – более 380 градусов.   

Композитные пластики

Композиты – материалы на основе пластика, содержащие вспомогательный порошкообразный материал (древесные опилки, микрочастицы бронзы или меди и т.п.). Применяются для достижения определенных визуальных и физико-механических характеристик моделей. Очень абразивны, поэтому предъявляют особые требования к печатной технике (за исключением древесных). Отличаются стойкостью к деформациям, минимальной усадкой при охлаждении, отсутствием токсичных испарений при нагреве. Легко поддаются механической обработке (сверлению, шлифовке и т.д.), легко окрашиваются.    

Wood

Wood (Woodfill, «древеснонаполненный») – материал PLA, содержащий очень мелкие древесные опилки. Готовые детали обладают естественной фактурой древесины. Wood применяется для изготовления декоративных аксессуаров или архитектурных макетов. Температура экструзии – 190-230 градусов, рабочего стола – 20-60 градусов. Межслойная адгезия – средняя, к столу – хорошая.

Ceramo

Ceramo (ceramic) – твердый, прочный, но хрупкий пластик, имитирующий керамику. Плавится при температуре 230-250 градусов. Температура рабочего стола – 90-110 градусов. Отличается высокой адгезией слоев и средней адгезией к рабочей поверхности.

Ceramic

Ceramic – пластик, содержащий натуральные частицы керамики. Готовые объекты имеют поверхность, в точности имитирующую керамическую или каменную фактуру. Материал применяется для производства различных декоративных аксессуаров, а также игрушек и посуды.

Glow-in-the-Dark

Glow-in-the-Dark (фосфоресцирующий пластик) – декоративный филамент, изготовленный из ABS, PLA или PETG с добавлением специального пигмента, который способен накапливать свет и излучать его в темноте. Физико-механические свойства материала зависят от характеристик пластика, используемого при его изготовлении.

Antistatic

Antistatic – категория пластиков для 3D-печати, содержащих углеволокно и обладающих антистатическими свойствами. В состав входят вещества, устраняющие статику, которая свойственна большинству 3Д-печатных материалов. Пластики этого вида используются для изготовления корпусов и деталей электроники, а также ковриков для точной измерительной аппаратуры, упаковок для хранения микросхем и иных чувствительных компонентов, тканей и т.д. Рабочая температура платформы – 100 градусов. Температура экструзии – 210-240 градусов.

Наиболее распространенный филамент с антистатическими свойствами – ABS Antistatic.

Токопроводящие

Токопроводящие пластики (электропроводные, conductive) – материалы на основе ABS или PLA, содержащие углеродные частицы и благодаря этому хорошо проводящие ток. Рассчитаны на использование в качестве токопроводящих элементов в электрических цепях. Применяются при изготовлении деталей, используемых в низковольтных схемах и различных механических и конструкционных проектах (где не требуются большие токи или высокое сопротивление можно нивелировать за счет большой площади напечатанного проводника). Оптимальны для изготовления учебных пособий.

Углеродосодержащие

Углеродосодержащие пластики (Carbon Fiber) – инженерные пластики с содержанием углеродного волокна, рассчитанные на использование в условиях высоких механических нагрузок. В качестве основы может использоваться нейлон, а также PC, ABS, PLA или PETG. Технические характеристики материала зависят от свойств материала основы. Углеродные волокна придают пластику высокую прочность и одновременно делают его абразивным, поэтому не рекомендуется использовать этот материал для печати латунными соплами. Желательно использовать сопла из нержавеющей стали или оснащенные рубиновым наконечником.  

Carbon Fiber

Carbon Fiber – инженерный пластик на основе нейлона, ABS, PLA, PC или PETG с добавлением углеродных волокон. Применяется при производстве деталей, работающих под воздействием высоких нагрузок. Характеристики зависят от свойств пластика-основы.

Glassfil

Glassfil – прозрачный термопластик, обладающий уникальными свойствами. Материал пропускает ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, но отражает инфракрасное излучение. Подходит для изготовления медицинских изделий, а также объектов, используемых в быту и сельском хозяйстве. 

Пластики для поддержек

Данные материалы используются для создания временных поддержек или спаек при печати моделей с нависающими элементами или сложной геометрией, особенно таких, где один объект находится внутри другого.

Пластики для поддержек различаются по способу их удаления:

• Легкоплавкие. Материалы с низкой температурой плавления (60-100 градусов). Это различные виды воска (Wax) или гелеобразные вещества, которые легко удаляются путем нагрева (с помощью фена или в печи). Позволяют изготавливать сложные многокомпонентные изделия: подшипники, шарнирные соединения, кнопки, болты с гайками и т.п. Преимуществами таких расходников являются возможность их повторного применения, простота удаления. Не подходят для использования при печати пластиками с низкой температурой плавления.
• Разрушаемые. Самый простой вариант – использование того же материала, из которого изготавливается модель. В этом случае поддержки механически удаляются после печати, а место слома отшлифовывается. Другой вариант – применение более хрупкого материала или расходника, который слабо сцепляется с основным пластиком. К примеру, в двухэкструдерных принтерах для поддержки можно использовать HIPS, PVA или PLA, а в качестве основных материалов – PLA, ABS и др. Идеальные пары – PLA-PVA, ABS-HIPS.
• Растворимые. Это пластики, растворимые в воде (PVA) или химических растворах (HIPS).  
• Порошковые. При использовании некоторых технологий для изготовления поддержек может применяться полимерный порошок, из которого печатается деталь. Порошок играет роль каркаса, на котором держится создаваемая модель. По окончании печати готовая деталь просто вынимается из порошка. В качестве материала для построения используются гранулированные термопластичные полимеры (нейлон, TPE, PA, PEEK и др.).

Рассмотрим основные виды пластиков, используемых для создания поддерживающих элементов.

HIPS

HIPS (high impact polystyrene, высокопрочный полистирол) – мягкий, но очень прочный и термостойкий пластиковый филамент, предназначенный как для самостоятельного применения, так и для изготовления поддержек при печати с использованием пластика ABS или других материалов. HIPS имеет одинаковую с ABS температуру экструзии, слабо спекается с его слоями и легко растворяется в D-Limonene, который не оказывает воздействия на ABS. Обладает средней межслойной адгезией и плавится при температурах 210-245 градусов. Температура рабочей поверхности должна составлять 90-120 градусов.

PVA

PVA (поливиниловый спирт) – водорастворимый материал, применяемый исключительно для создания поддержек при изготовлении сложных по геометрии изделий из пластиков со схожей температурой плавления. Данный филамент значительно расширяет возможности использования 3D-принтеров с двумя экструдерами. Он хорошо растворяется в воде, поэтому непригоден для изготовления долговечных объектов, но оптимально подходит для использования в качестве опорного материала при 3Д-печати объектов сложной геометрической формы. Его часто используют в ситуациях, когда необходимо напечатать сложную модель, а под рукой нет лимонена для растворения поддержек из HIPS. PVA также широко применяется при изготовлении упаковки моющих средств для посудомоечных машин, водорастворимых пакетов и т.п. Температура экструзии PVA – 190-210 градусов. Подогрев рабочей платформы не требуется. Материал не рекомендуется перегревать и использовать для печати на высоких скоростях.

Wax

Wax (Moldlay, литьевой воск) – «восковой» пластик, из которого создаются выжигаемые модели для литья. Печатается при нагреве до 90-110 градусов и температуре рабочего стола 40-60 градусов. Отличается хорошей межслойной адгезией, надежно сцепляется с платформой.

Заключение

Выбор правильного пластика для 3d принтера очень важен для получения правильных свойств 3D печатной детали, в особенности если вам необходимо её функциональное использование в механизмах и т.п.

Эта статья поможет пользователям найти для себя нужный тип пластика в зависимости от тех свойств, которые им нужны.

Что ж, а на этом у нас все! Спасибо что были с нами, до новых встреч. Дальше будет интереснее!

Приобрести указанные в статье расходные материалы, задать свой вопрос, или отследить заказ, вы можете

• По телефону: 8(800)775-86-69
• Электронной почте: Sales@3dtool.ru
• Или на нашем сайте: https://3dtool.ru/

Ответы на часто задаваемые вопросы

Какой пластик подойдет новичкам?

Самый простой в работе пластик – PLA. В любом слайсере есть настройки для этого материала, а параметры его печати подходят для любого 3D-принтера, даже самого простого.

Стоит ли пользоваться профессиональными пластиками?

Если характеристики любительских пластиков недостаточны для реализации идеи, то стоит. К примеру, если изделие должно надежно работать при высоких температурах, то для его печати подойдет материал PEEK. Для создания легких и максимально прочных моделей желательно выбрать композит с углеродным волокном. Для решения обычных задач подойдут простые бытовые пластики типа PLA.

Какой пластик идеален для повседневного использования?

Все зависит от конкретных задач. Но можно рекомендовать PETG – пластик, оптимально подходящий и для новичков, и для опытных 3D-печатников. Этот материал прочен, прост в печати, не издает запаха, долговечен и устойчив ко многим неблагоприятным факторам.     

Чем T-ABS, PLA+ и другие пластики с суффиксами и приставками в названии отличаются от обычных?

Как правило, это модифицированные виды пластиков, обладающие дополнительными или улучшенными свойствами (например, с меньшей термоусадкой, более высокой прочностью и т.п.).

Насколько сильно могут отличаться одноименные пластики разных брендов?

Могут отличаться значительно, поэтому перед покупкой желательно изучить параметры товара конкретного производителя. К примеру, материал PETG от компании E-Sun очень сложен в печати, но обладает гораздо лучшими характеристиками в сравнении с аналогами.