Druk 3D rozwija się dynamicznie, a jednym z najważniejszych czynników wpływających na jego wszechstronność są materiały wykorzystywane w tym procesie. Od ich właściwości zależy nie tylko jakość wydruku, ale także możliwości aplikacyjne w różnych dziedzinach przemysłu i codziennego użytku. Na rynku dostępne są zarówno materiały standardowe, w tym np. ABS czy PLA, jak i bardziej zaawansowane – specjalne filamenty przeznaczone do szczególnych zastosowań. W tym artykule przedstawimy rodzaje tworzyw używanych w trakcie drukowania 3D i podamy cechy tych materiałów.
Cechy materiałów do drukarki 3D
Materiały wykorzystywane w druku 3D charakteryzują się różnymi właściwościami, które mają istotny wpływ na ostateczny wygląd i funkcjonalność wydruków. Wytrzymałość mechaniczna, odporność na wysokie temperatury czy elastyczność to jedne z najważniejszych parametrów. To właśnie na nie najczęściej zwraca się uwagę przy wyborze filamentu. Kolejną istotną cechą jest temperatura topnienia materiału. Właściwość ta bezpośrednio wpływa na możliwości zastosowania poszczególnych surowców. Nie bez znaczenia są również odporność na substancje chemiczne i warunki przechowywania – dotyczy to zwykle filamentów specjalistycznych.
Drukowanie 3D – rodzaje materiałów
W druku 3D używane są różnorodne rodzaje materiałów, które mają szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. W zależności od potrzeb można wybierać spośród tworzyw podstawowych – np. ABS i PLA, a także zaawansowanych filamentów. Każdy z tych surowców charakteryzuje się odmiennymi właściwościami, dzięki czemu możliwe jest wykonywanie zarówno trwałych, technicznych elementów, jak i przedmiotów wyróżniających się estetycznym, dekoracyjnym wyglądem. Poniżej omówione zostały najpopularniejsze typy materiałów do druku 3D.
ABS
Podczas drukowania 3D stosuje się rozmaite materiały, a jednym z nich jest ABS (akrylonitryl-butadien-styren). Używa się go szczególnie w projektach wymagających wysokiej wytrzymałości i trwałości. ABS jest znany ze swojej odporności na warunki atmosferyczne i uderzenia. To sprawia, że świetnie nadaje się do tworzenia elementów mechanicznych, prototypów, części samochodowych, zabawek czy obudów urządzeń elektronicznych. Jego zaletą jest także łatwość w formowaniu. Co więcej, przedmioty z tego surowca są odporne na działanie niskich temperatur, w tym sięgających -20°C. Akrylonitryl-butadien-styren wymaga jednak druku w wyższych temperaturach, co może stanowić niemałe wyzwanie dla niektórych drukarek 3D. Z uwagi na emisję oparów podczas procesu, zaleca się stosowanie zamkniętych komór drukujących. Ze względu na to, że ABS szybko się kurczy pod wpływem niskiej temperatury, nie jest wskazane gwałtowne schładzanie zrobionych z niego produktów.
PLA
PLA (poli(kwas mlekowy), polilaktyd) również używany jest do drukowania 3D. To materiał biodegradowalny, który cieszy się dużą popularnością zwłaszcza wśród początkujących użytkowników. Tworzywo to jest łatwe w obróbce, ponieważ wymaga niższych temperatur względem innych surowców i nie emituje szkodliwych oparów. Dzięki temu można go wykorzystywać w mniej zaawansowanych drukarkach. PLA jest idealny do wyrobu prototypów, modeli koncepcyjnych oraz elementów dekoracyjnych, które nie wymagają dużej odporności na uderzenia czy wysokie temperatury. Ponadto używa się go w budownictwie, medycynie i rolnictwie. Jego ekologiczne właściwości czynią go atrakcyjnym wyborem dla projektów przyjaznych środowisku. Warto podkreślić, że polilaktyd powstaje z surowców naturalnych, w tym np. trzciny cukrowej lub mączki kukurydzianej. Przedstawiany materiał wyróżnia się dużą sztywnością, jednak przez to jest bardziej kruchy i mniej wytrzymały od ABS.
Materiały specjalistyczne
Drukowanie 3D niekiedy wymaga stosowania materiałów specjalistycznych. Charakteryzują się one zaawansowanymi właściwości, dzięki czemu dają nowe możliwości. Do tego typu tworzyw zaliczają się przede wszystkim:
- nylon – jest bardzo wytrzymały i elastyczny, co czyni go idealnym do drukowania elementów funkcjonalnych, takich jak zawiasy czy koła zębate. Nylon jest odporny na tarcie i chemikalia, ale wymaga odpowiednich warunków druku. Mowa tu głównie o wyższej temperaturze i suchej atmosferze.
- PETG – jego zaletą jest to, że łączy trwałość ABS z łatwością druku PLA. Dzięki tym właściwościom doskonale nadaje się do tworzenia wytrzymałych przedmiotów codziennego użytku, w tym m.in. butelek i części maszyn. PETG wykazuje odporność na działanie wilgoci i substancji chemicznych, a przy tym jest wystarczająco elastyczny, aby nie łamać się pod naciskiem czynników zewnętrznych.
- filamenty z włóknem węglowym – mają wzmocnioną strukturę, co daje im dużą sztywność i niską wagę. Materiały te wykorzystywane są do produkcji elementów konstrukcyjnych, które muszą być bardzo wytrzymałe, ale jednocześnie lekkie. Filamentów z włóknem węglowym zwykle używa się do wyrobu przedmiotów w branży motoryzacyjnej i lotniczej, aczkolwiek tworzywa te znajdują też zastosowanie w drukowaniu sprzętu sportowego.
Każdy z wymienionych materiałów specjalistycznych pozwala na produkcję bardziej skomplikowanych i wymagających rzeczy, co poszerza zakres zastosowań technologii druku 3D w różnych branżach.
Materiały elastyczne
Materiały elastyczne w druku 3D oferują unikalne właściwości, które sprawiają, że są idealne do tworzenia elementów wymagających giętkości i odporności na rozciąganie. Jedną z największych grup tego typu tworzyw stanowią TPE (thermoplastic elastomer – elastomery termoplastyczne). Charakteryzują się one dobrą elastycznością i miękkością, a dodatkowo są odporne na zmęczenie materiału. Ostatnia z wymienionych cech sprawia, że elastomery termoplastyczne mogą być wielokrotnie zginane bez ryzyka, że pękną. Do tej grupy zaliczają się:
- TPU (thermoplastic polyurethane – termoplastyczny poliuretan) – charakteryzuje się doskonałą elastycznością, wytrzymałością na rozciąganie oraz odpornością na ścieranie i uderzenia. Jest niewrażliwy na działanie olejów i smarów, co sprawia, że można go używać do produkcji części maszyn, w tym amortyzatorów, uszczelek i elementów obudów ochronnych. Ze względu na dużą giętkość TPU nadaje się do druku przedmiotów wymagających zachowania pierwotnego kształtu po deformacji.
- TPC (thermoplastic copolyester – termoplastyczny kopolimer) – wyróżnia się wysoką odpornością na chemikalia, oleje, promieniowanie UV i zmienne warunki atmosferyczne. Jego właściwości sprawiają, że jest najlepszą opcją do zastosowań w trudnych środowiskach. Drukowanie 3D z użyciem tego materiału pozwala na produkcję części samochodowych, uszczelek, elementów ochronnych i przewodów.
- TPA (thermoplastic polyamide – termoplastyczny poliamid) – to elastyczny materiał, który wyróżnia się wysoką wytrzymałością oraz odpornością na ścieranie i działanie chemikaliów. Do tego zachowuje dobrą stabilność wymiarową. TPA znajduje zastosowanie w produkcji takich rzeczy jak przewody, ochraniacze, a także komponenty mechaniczne narażone na tarcie i obciążenia.
- TPS (thermoplastic styrene – termoplastyczny styren) – stanowi połączenie elastyczności i łatwości przetwarzania, co sprawia, że jest szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym i obuwniczym. TPS dobrze sprawdzi się w trakcie wyrobu butów, przedmiotów amortyzujących i komponentów, które muszą być zarówno elastyczne, jak i trwałe.
W procesie drukowania 3D wykorzystuje się także inne materiały elastyczne, w tym FLEX. Ten filament jest wybierany do realizacji projektów, które wymagają dużej giętkości. Mowa tu m.in. o opaskach, paskach i uchwytach. Tworzywo to posiada zdolność powrotu do swojego pierwotnego kształtu, co czyni go świetną opcją do drukowania elementów, które muszą dostosować się do zewnętrznych nacisków.
Materiały dekoracyjne
Coraz większą popularnością cieszy się drukowanie 3D z użyciem materiałów dekoracyjnych. Tym mianem określa się filamenty zaprojektowane z myślą o estetyce wydruków, a nie tylko o ich funkcjonalności. Do najchętniej wykorzystywanych należą:
- filamenty z dodatkami metali – zawierają cząstki miedzi, brązu lub stali, co nadaje wydrukom wygląd przypominający prawdziwe metalowe elementy. Takie materiały sprawdzą się do tworzenia dekoracji, biżuterii czy modeli artystycznych.
- filamenty drewnopodobne – zawierają drobinki drewna, co nadaje wydrukom teksturę i wygląd przypominający naturalne drewno. Tworzywa te są często stosowane do wyrobu elementów dekoracyjnych i mebli.
- filamenty fluorescencyjne i zmieniające kolor – pozwalają na uzyskanie efektów świetlnych lub zmianę koloru pod wpływem temperatury albo światła. W związku z tym materiały te są dobrym wyborem do projektów artystycznych i interaktywnych.
Materiały dekoracyjne do drukarki 3D mają szerokie zastosowanie w tworzeniu przedmiotów o walorach estetycznych, gdzie wygląd stawiany jest na pierwszym miejscu.
Jaki materiał wybrać do druku 3D?
Podczas drukowania 3D konieczny jest wybór właściwego materiału. To, jakie tworzywo zostanie użyte, zależy od specyfiki projektu i wymagań technicznych. Jeśli priorytetem jest trwałość i wytrzymałość, dobrą opcją jest ABS lub nylon. Do prostszych projektów warto zastosować PLA. Materiały elastyczne, w tym np. TPU czy TPA sprawdzą się tam, gdzie potrzebna jest giętkość. Natomiast do bardziej skomplikowanych realizacji technicznych warto rozważyć filamenty kompozytowe z dodatkiem włókna węglowego lub metali. Każdy materiał do drukarki 3D ma swoje specyficzne właściwości, dlatego ważne jest to, by dokładnie przemyśleć, jakie cechy wydruku spowodują, że projekt zakończy się sukcesem.
Materiały do drukarki 3D – podsumowanie
Przy drukowaniu 3D ważne jest zastosowanie odpowiedniego materiału. W tym celu warto uwzględnić specyficzne wymagania techniczne projektu oraz możliwości swojego sprzętu. Istotne jest zwrócenie uwagi na takie aspekty jak temperatury druku, wytrzymałość tworzywa czy jego elastyczność. Ponadto nowoczesne filamenty pozwalają na tworzenie nie tylko funkcjonalnych elementów, ale także dekoracyjnych przedmiotów o unikalnych efektach estetycznych. Dobór właściwego materiału może znacząco wpływać na jakość i trwałość wyrobu, dlatego wcześniej należy poznać dostępne opcje.
