Для того чтобы ваши детали, напечатанные на 3D-принтере, не загорелись, используйте огнестойкие филаменты, которые могут самозатухаться.
Как только ваш 3D-отпечаток попадает в зону действия электроники, батарей или источников тепла, вопрос меняется с «будет ли этот отпечаток хорошим» на «что произойдет, если он загорится?».
Эта проблема безопасности является одной из основных причин, по которой рынок огнестойких (FR) филаментов в последнее время переживает заметный рост. В этом году FormFutura представила два новых огнестойких варианта, оптимизированных для высокоскоростной печати; FlameGuard PLA от Polymaker недавно получила награду за сочетание огнестойкости и экологичности материалов; а производитель полимеров Ensinger выпустил стеклонаполненный огнестойкий поликарбонатный филамент, предназначенный для железнодорожной промышленности.
- Доступность FR филаментов
- Огнестойкие (FR) филаменты
- Что такое огнестойкость и зачем она нужна
- Сертификаты и стандарты для огнестойких филаментов
- FAR 25.853
- Выбор подходящего огнестойкого материала для своего проекта
- Настройки печати и механические характеристики
- В каких случаях огнестойких материалов недостаточно
Доступность FR филаментов
Хотя стандартные PLA или ABS прекрасно подходят для миниатюр или настольных органайзеров, производители теперь делают эти важные, высоконадежные огнестойкие материалы более доступными для печати на стандартных настольных принтерах. Если вы в последний раз смотрели на огнестойкие нити несколько лет назад, то заметите, что ситуация значительно изменилась — улучшилась печать, расширился ассортимент полимеров, а цены больше не требуют аэрокосмического бюджета.
Если ваша деталь или продукт должны соответствовать отраслевому стандарту самозатухания, на рынке имеется несколько сертифицированных продуктов, отвечающих международным требованиям (многие из них перечислены ниже). Однако многие полимеры, такие как PEEK и Ultem, являются огнестойкими по своей природе и могут не иметь специальных сертификатов. Производители этих полимеров, возможно, провели собственные испытания материала, чтобы убедиться в его огнестойкости, но не прошли процесс сертификации.
Однако Ultem, смешанный с другим полимером, может утратить огнестойкость. В этом случае производитель может добавить в материал огнестойкое химическое вещество. Всякий раз, когда материал для 3D-печати представляет собой смесь полимеров, невозможно определить его огнестойкость без лабораторных испытаний. Не следует предполагать, что все нити на основе Ultem или PEEK являются огнестойкими.
Здесь мы рассмотрим ваши варианты 3D-печати с использованием сертифицированных огнестойких материалов в виде филамента и полимерных порошков для селективного лазерного спекания, а также смол для SLA-печати. Если вы не уверены, нужно ли для вашего применения использовать огнестойкие материалы или что означают сертификаты, перейдите к концу статьи.
Огнестойкие (FR) филаменты
| Бренд и материал | Тип полимера | Сертификаты | Приблизительная цена |
|---|---|---|---|
| eSUN eABS Max (ABS FR) | ABS | UL 94 V-0 | 3000-4000 руб./1 кг |
| Bambu Lab PC FR | PC | UL 94-2023 V-0 | 4200 руб./1 кг |
Что такое огнестойкость и зачем она нужна
Огнестойкие материалы замедляют распространение огня, поскольку они более устойчивы к возгоранию и горючести, но они не являются пожаробезопасными. Они разработаны для минимизации риска возгорания при контакте с небольшим источником тепла, таким как небольшое пламя или электрическая неисправность.
Существует несколько способов сделать материалы огнестойкими:
- Использование химических веществ, которые при нагревании вступают в эндотермическую реакцию. Это означает, что химические вещества, участвующие в реакции, по сути поглощают тепло, снижая температуру и замедляя распространение огня.
- Выделение при нагревании инертного газа, который подавляет пламя, лишая его кислорода.
- Защита несгоревших слоев горящими слоями посредством процесса обугливания.
В целом, любые пластиковые компоненты, расположенные вблизи электрического тока, должны обладать определенной степенью огнестойкости или огнезащиты. Проводные гайки, распределительные коробки и внутренние кабельные опоры — все это примеры компонентов, которые могут загореться в случае возникновения электрической неисправности. Кроме того, промышленные машины, инструменты для домашнего мастера и бытовая техника, такая как микроволновые печи, тостеры и посудомоечные машины, содержат огнестойкие компоненты.
В автомобильной и аэрокосмической промышленности внутренние части транспортных средств, такие как салон самолета или кокпит гоночного автомобиля, также должны предотвращать распространение огня, чтобы защитить людей, находящихся в них.
Сертификаты и стандарты для огнестойких филаментов
В таблице продуктов выше вы увидите ряд сертификационных стандартов, указывающих на огнестойкость материала, но что они на самом деле означают? Давайте разберемся.
Underwriters Laboratories UL 94
UL 94 — вероятно, самый распространенный стандарт огнестойкости. Этот стандарт определяет степень огнестойкости материала путем проведения специальных испытаний. Процесс испытаний для получения этой сертификации включает в себя многократное возгорание детали под воздействием внешнего пламени.
Чтобы получить желанный рейтинг 94 V-0, деталь должна обладать следующими свойствами:
- Горение менее 10 секунд после первого и второго возгорания. Это демонстрирует, как быстро детали, изготовленные из данного материала, перестают гореть.
- Послесвечение после второго возгорания должно длиться менее 30 секунд. Это хороший показатель того, как быстро деталь остывает после возгорания. Чем дольше деталь остается достаточно горячей, чтобы светиться, тем больше вероятность, что она снова воспламенит другую деталь, находящуюся поблизости.
- После десяти поджогов ни один из материалов не должен был капать, чтобы не воспламенить хлопковую вату. Капающий материал, который может воспламенить другой материал, является признаком того, что компонент может вызвать дальнейшее возгорание в непосредственной близости.
- Сгорание не должно было охватить весь образец. Это полезный показатель того, насколько сложно пламени распространяться по материалу.
При 94-V.0 горение прекращается в течение 10 секунд на вертикальном образце, 94-V.1 и 94-V.2 означают, что горение прекращается в течение 30 секунд, и так далее до 94-5VA и 94-5VB, которые указывают, что образец загорится, но прекратит горение в течение 60 секунд.
FAR 25.853
Федеральное авиационное управление США (FAA) разработало вертикальный тест с использованием горелки Бунзена для определения воспламеняемости материалов, используемых в интерьерах самолетов, включая салон и грузовые отсеки. Он называется FAR 25.853, и нередко на некоторых пластиковых изделиях можно увидеть штамп «FAR 25.853 – approved» (одобрено по стандарту FAR 25.853). Для соответствия стандарту образцы удерживаются в вертикальном положении внутри камеры, и на них в течение 60 или 12 секунд воздействуют пламенем бунзеновской горелки. По истечении времени воздействия пламени материал осматривают. Записывают время воздействия пламени, время воспламенения, длину горения и время капания пламени с материала.
Выбор подходящего огнестойкого материала для своего проекта
Изображение огнестойкой нити и материалов для 3D-печати: выбор подходящего огнестойкого материала для своего проекта
Не все огнестойкие материалы одинаковы, и выбор неподходящего материала может привести к потере денег, отказу в сертификации или, что еще хуже, к риску возгорания, который не был должным образом устранен. Ключ к успеху — подбор материала в соответствии с конкретными требованиями применения, потребностями сертификации и бюджетными ограничениями.
Потребительская электроника и проекты «сделай сам»
Если вы создаете индивидуальные корпуса для проектов Raspberry Pi, устройств «умного дома», корпусов источников питания или любых других устройств, содержащих батареи или электрические компоненты, вам нужна огнестойкость, но не обязательно материалы аэрокосмического класса.
Рекомендуемые материалы:
- eSUN eABS Max (ABS FR)
- PrimaCreator PrimaSelect PLA FR
- Formfutura ABSpro Flame Retardant
- 3DXTech Firewire ABS-FR
Все эти бюджетные варианты имеют сертификат UL 94 V-0, который является отраслевым стандартом для пластиковых деталей в электрических корпусах. Для большинства применений в бытовой электронике этого уровня сертификации достаточно, и он часто требуется стандартами безопасности, такими как IEC 60950 для IT-оборудования.
Настройки печати и механические характеристики
Наличие подходящего материала — это только половина дела, поскольку неправильные настройки печати могут ухудшить огнестойкость и механические свойства. Добавки FR и химия полимеров создают уникальные требования к обработке.
Адгезия слоев и огнестойкость: Недостаточное сцепление слоев создает воздушные зазоры и слабые места, по которым может распространяться огонь. Плохая адгезия слоев по сути создает каналы, по которым огонь распространяется легче. Для огнестойких материалов обычно требуется:
- Более высокая температура сопла, чем для стандартных нитей (часто на 10-20 °C выше)
- Более низкая скорость печати для обеспечения полного плавления и слияния
- Оптимизированная высота слоев — обычно 50-70 % от диаметра сопла для структурных деталей
Отжиг и последующая обработка: Некоторые огнестойкие материалы выигрывают от термического отжига, который улучшает кристалличность и термостойкость. Огнестойкие материалы на основе нейлона можно отжигать при 80–100 °C в течение нескольких часов, чтобы повысить их температуру теплового изгиба. Однако убедитесь, что отжиг не нарушает систему огнестойких добавок — обратитесь к техническим паспортам материалов для получения рекомендаций по последующей обработке.
Тестирование и валидация: если ваше применение требует сертифицированного соответствия, имейте в виду, что печать в домашних условиях не дает автоматического права на сертификацию. Сам материал сертифицирован, но огнестойкость вашей напечатанной детали зависит от:
- Толщины стенок, соответствующей испытанным спецификациям
- Надлежащей адгезии слоев
- Отсутствия пустот или недоэкструзии
- Правильного состава материала (без загрязнения от предыдущих материалов)
В каких случаях огнестойких материалов недостаточно
Следует понимать, что огнестойкие материалы являются лишь одним из элементов пожарной безопасности, а не полным решением. Для обеспечения комплексной пожарной безопасности необходимо:
- Надлежащая электропроводка для предотвращения источников возгорания.
- Защита цепей (предохранители, автоматические выключатели, тепловые выключатели).
- Физическое отделение компонентов, представляющих высокий риск.
- Надлежащая вентиляция и охлаждение.
- Системы обнаружения и тушения пожара, где это необходимо.
Огнестойкие материалы дают время в случае пожара и могут предотвратить возгорание от небольших источников тепла, но они не выдержат прямого воздействия пламени в течение неограниченного времени. Проектируйте свои системы с учетом принципов глубокой защиты — нескольких уровней защиты, а не полагайтесь исключительно на свойства материалов.
Для применений с максимальным риском следует рассмотреть, является ли аддитивное производство подходящим методом производства. Детали, изготовленные методом литья под давлением из сертифицированных FR-смол, могут обеспечить более стабильные противопожарные характеристики, чем детали, напечатанные на 3D-принтере, особенно при крупносерийном производстве, где разница в стоимости становится незначительной.
