Матеріали для 3D-принтера: огляд, характеристики і застосування

Ринок 3D-друку активно розвивається. Сьогодні можна отримати об'ємну модель практично будь-якої складності. При цьому розширюється і список матеріалів, з яких можна виліпити виріб. Вони різняться щільністю, вартістю, міцністю та іншими характеристиками. Про матеріали для 3D-принтера і піде мова в цій статті.

Як відбувається процес 3Д-друку?

Загалом, способів реалізувати 3Д-модель існує безліч. Проте практично всі вони зводяться до одного — накладання матеріалу для 3D-принтера шар за шаром і його подальше затвердіння. Основні способи виглядають таким чином: Екструзія. Найбільш часто використовуваний спосіб. Роздавальна головка виливає на спеціальну заготовку, що прохолоджується платформу матеріал, який застигає, пов'язуючи і формуючи модель. За допомогою даного підходу можливе створення деталей різного кольору. Фотополімеризація. В основі лежить методика засвічування особливого фотополімеру лазером за шаблоном, який в підсумку перетворюється в реальну модель. Формування шару на вирівняному шарі порошку. Даний спосіб плавить спеціальний порошкоподібний склад, склеюючи його або спекая. Подача дротяного матеріалу. З допомогою електронного впливу подається дротяний матеріал для 3D-принтера плавиться, і йому надається потрібна форма. Ламінування. За основу береться велику кількість шарів матеріалу, які накладаються один на одного. Потім у цій структурі лазер вирізає потрібні контури і пази.

Застосування 3D-друку

Технологія ще тільки розвивається, з кожним днем стаючи все досконалішими. На сьогоднішній день ЗД-друк може застосовуватися в наступних завданнях: Створення зразків або макетів продукції. Наприклад, щоб оцінити складну деталь до її промислового виготовлення, інженери можуть роздрукувати прототип на 3D-принтері і вивчити його. Дрібносерійне виробництво різних деталей. Друк фрагментів людського скелета застосовується при протезуванні та імплантування. Створення компонентів зброї. Будівництво. Харчове виробництво.

Основні матеріали для 3D-принтера

Складів для створення моделей відомо багато, в залежності від спрямованості застосування деталі. Варто більш детально розглянути кожний тип окремо.

ABS-пластик

Напевно, самий популярний витратний матеріал для 3D-принтера. Ще зустрічається під ім'ям "акрилонитрилбутадиенстирол", або АБС. Володіє хорошими механічними властивостями. Часто застосовується для створення складних несучих конструкцій. Його невисока вартість і доступність вплинула на його широке використання як у побутових умовах, так і в промислових масштабах. Незважаючи на те, що АВС-пластик як готовий виріб абсолютно екологічно безпечний, при його нагріванні в процесі виробництва можливі викиди парів акрилонітрилу. Щоправда, зважаючи невеликій швидкості роботи принтера кількість шкідливих речовин досить мало, і для безпечного виробництва достатньо буде забезпечити хорошу вентиляцію приміщення.

АБС-пластик не слід застосовувати для виготовлення посуду, так як він вступає в реакцію з етанолом. З технічних характеристик АБС-пластику варто виділити високу температуру склування, яка дорівнює 105 градусів. Межі міцності на вигин і розрив становлять 41 та 21 МПа відповідно. За фактом, звичайно, багато виробники змішують пластик з різними складами. А це означає, що на практиці деякі властивості будуть різними.

Плюси і мінуси АБС-пластику

За допомогою даного витратного матеріалу для 3D-принтера можна створювати кольорові моделі завдяки тому, що пластик володіє багатою гамою. АБС-пластик абсолютно не боїться вологи, різних кислот і масел. Його теплостійкість досягає 115 градусів в залежності від конкретного виробника.

Ударостійкість і еластичність АБС-пластику для 3D-принтера дозволяє створювати надійні деталі та моделі. Він також відмінно розчиняється в ацетоні, що дає можливість застосовувати постобробку готової деталі його парами для додання гладкості і закінченого вигляду виробу. З серйозних мінусів АБС-пластику для 3D-принтера варто виділити його нездатність витримувати тривалий вплив звичайного сонячного світла. А його взаємовідносини з різними елементами, містяться в їжі та продукти обмежують його застосування, так як можливе виділення токсичних матеріалів.

ПЛА-пластик

Даний вид матеріалу для друку на 3D-принтері складається з полилактида. Він є біорозкладаним речовиною і містить молочну кислоту. Виготовляється даний матеріал з кукурудзи або цукрової тростини. Натуральність ПЛА-пластика не обмежує його застосування в будь-якій області. Плавиться ПЛА при температурі понад 170 градусів. Однак для розм'якшення досить вже і 50. Значення міцності на розрив і вигин — 578 і 553 МПа відповідно. Розмір, при якому можливе створення деталі, — 03 мм, що дозволяє надати моделі високу точність виконання.

У ПЛА-пластика практично відсутні серйозні негативні сторони. Хіба що підвищена крихкість і недовговічність. А позитивні виглядають наступним чином: нетоксичність, можливе застосування в харчових галузях і виробництвах; володіє широкою гамою кольорів, що дозволяє реалізувати найсміливіші творчі задуми; відпадає необхідність у застосуванні нагрітої платформи при створенні моделі; гладка поверхня готового виробу; висока деталізація і якість друкованої продукції.

PET-пластик

Даний представник виділяється з усього огляду матеріалів для 3D-принтера. По-перше, з поліетилентерефталату, або ПЕТ, виготовляються звичайні пластикові пляшки. По-друге, його повсюдна доступність зробила матеріал одним з найпопулярніших. Існують навіть спеціальні переробні установки для побутового застосування і виготовлення ПЕТ-ниток. По міцності і гнучкості властивості ПЕТ-пластика схожі з АБС. При цьому шари відмінно схоплюються, забезпечуючи модель високим ступенем міцності. Середня температура друку такого виду матеріалу становить близько 212-224 градусів.

Нейлон

Відмінний матеріал для друку на 3D-принтері деталей, призначених для використання в складних механізмах. Володіє хорошим коефіцієнтом ковзання і міцності. Однак його властивості припускають більш високий технологічний рівень обладнання для створення моделей.
Температура плавлення від різних виробників може варіюватися від 178 до 218 градусів. Для екструзії ж це значення становить від 235 до 260 градусів. Застосування нейлону схоже з АБС-пластиком — йому потрібна підігріта платформа. При цьому процес накладання шарів проходить більш гладко, дозволяючи створювати деталізовані моделі.

Плюси і мінуси нейлону

Даний матеріал володіє високою зносостійкістю і еластичністю. Має здатність протистояти великій кількості різних розчинників. Легко піддається постобробці механічним способом при доведенні моделі до кінцевого результату. З недоліків нейлону варто виділити велику гігроскопічність, тобто здатність вбирати вологу. Тому перед моделюванням рекомендується матеріал трохи просушити. Це допоможе уникнути проблем при виробництві. При піролізі можуть виділятися токсичні пари.

Бетон

Як би дивно це не звучало, але такі принтери вже існують. Правда, використовується особливий склад цементної суміші. За допомогою будівельного 3D-принтера можна створювати повноцінні будинки і конструкції. При цьому час «створення» стіни заввишки у 6 метрів може зайняти всього декілька годин. На жаль, технологія в Росії ще перебуває в зародковому стані, зате активно розвивається на заході.

Метал

В якості будівельного матеріалу для створення металевих деталей використовується спеціальний порошок. В даному виді виробництва використовуються спеціальні дорогі промислові 3D-принтери. Умовно їх можна розділити на 3 категорії: До першої групи належать моделі, конструктивно схожі з звичайними принтерами для пластику. Для них характерне використання м'яких металів — свинець, олово і т. д. Другі використовують металевий порошок зі спеціальним клеїть речовиною. Після виробництва модель доводиться обпалювати для набору повної міцності. Це промислові 3D-принтери, порошок у яких відбувається шляхом впливу на нього лазера. По суті, тільки останній є «реальним» засобом друку виробів з металу.

Основні сплави

Серед матеріалів є великий набір сплавів і окремих елементів. Варто в них трохи розібратися: титан дуже міцний матеріал, активно використовується в медицині завдяки своїй біосумісності, володіє невеликою вагою і хорошою опірністю до іржі; нержавіюча сталь - різні сплави з стали відомі своєю міцністю і доступністю; алюміній і похідні - легкий сплав з невеликою щільністю, відмінно піддається різним видам обробки.

Плюси і мінуси металевого порошку

Як і властиво металів, їх порошок після перетворення у форму буде володіти високою міцністю. При цьому деталізація об'єкта доступна на гідному рівні, аж до 0025 мм Стійкість до високих температур дозволяє використовувати моделі в самих різних галузях. Після того як виріб вийшов з ладу або по непотрібності його можна переплавити. Що стосується мінусів, то є всього один, але досить істотний. Технологія 3D-друку металу дуже складна. Тому обладнання, як правило, коштує дорого. До того ж організувати таке виробництво в побутових умовах буде важко.

Висновок

У статті було розглянуто, які матеріали використовують 3D-принтери, їх характеристики та властивості, області застосування. Так як технологія відносно нова, то має багато тонкощів і нюансів. Вони розбираються і вирішуються практично «методом тику», аж до налаштувань 3D-принтера. Але зацікавленість багатьох сфер швидкої і якісної друку готових виробів є, а значить, і технологія буде розвиватися і відточуватися.