Ознакомьтесь с разнообразными типами гибких филаментов TPE, чтобы приступить к созданию гибких деталей!
Производство по индивидуальным заказам, по всей видимости, становится главным в нашем мире. Создание продукции, точно соответствующей ожиданиям заказчика — это требование времени. 3D-печать является одним из основных факторов, позволяющих вывести индивидуальные решения на совершенно новый уровень.
Достаточно взглянуть на модели 3D-печати или различные медицинские изделия, чтобы получить представление о том, как 3D-печать может быть использована для того, чтобы предоставить конечному пользователю действительно индивидуальные возможности. Однако привычные для нас филаменты для 3D-печати, такие как PLA или ABS, слишком жесткие и неподатливые, например, для использования при контакте с кожей или для амортизации ударов.
Если же речь идет о гибких и эластичных материалах, то идеальным выбором является резина. Но можно ли использовать резину для 3D-печати? Короткий ответ — нет. Это заставляет разрабатывать альтернативные материалы, похожие на резину, но пригодные для 3D-печати. И, к счастью, некоторые умные химики и материаловеды за прошедшие годы придумали множество вариантов, которые можно использовать для 3D-печати.
В этой статье мы рассмотрим различные типы мягких и гибких филаментов, представленных на рынке, чтобы вы могли решить, какой из них лучше всего подходит для ваших нужд! Для начала давайте более подробно рассмотрим, как именно характеризуются гибкие филаменты.
Обзор TPE
Для того чтобы решить, какой материал нам следует использовать, необходимо немного больше узнать о том, что представляют собой эти гибкие филаменты и как они соотносятся с другими филаментами и повседневными материалами. Большинство филаментов, которые мы здесь рассмотрим, относятся к классу материалов, известных как TPE или термопластичные эластомеры.
Эластомеры — это подгруппа полимеров, которые, как правило, более мягкие и гибкие по сравнению с материалами, которые приходят нам на ум, когда мы думаем о пластмассах. Объясняется это различиями в способах соединения полимерных цепочек между собой.
На приведенной выше диаграмме разница в свойствах выражена с помощью модуля Юнга. Эта цифра представляет собой отношение величины приложенной силы к величине деформации материала, иначе называемое коэффициентом отношения растяжения к деформации. Для гибких материалов, которые должны растягиваться и деформироваться, модуль Юнга должен быть ниже.
К особым свойствам TPE относится их невероятная износостойкость, что делает их идеальными для применения в условиях повышенной износостойкости — например, для подошв обуви. Кроме того, TPE не проводят электричество и могут использоваться, как резина, для изоляции электрических цепей.
Твердость по Шору
Важным показателем, используемым для определения классификации гибких филаментов, является твердость по Шору. В отличие от модуля Юнга, твердость по Шору не зависит от геометрии тестируемого материала и больше подходит для характеристики «ощущения» материала.
Твердость по Шору определяет устойчивость материала к вдавливанию. Когда вы думаете о резине, вы можете представить себе, как вы вдавливаете большой палец в поверхность и создаете небольшое углубление, которое при отпускании возвращается в нормальное состояние. Приведенная выше диаграмма дает представление о шкале твердости Шора на примере некоторых распространенных материалов.
Существует широкий выбор твердости по Шору для гибких филаментов: от 60A в нижней части до 75D в верхней части, наиболее распространенным является 95A. Для сравнения, твердость по Шору PLA составляет около 80D, а PETG, как правило, около 70D.
Твердость по Шору измеряется с помощью дюрометра Шор. Материалы с более низким показателем твердости лучше использовать в тех случаях, когда они должны возвращаться на место после многократных сгибаний, например в шарнирных соединениях или корпусах смартфонов. Материалы с более высоким значением дюрометра лучше подходят для деталей, которые будут постоянно находиться под нагрузкой и должны сохранять свою форму, но при этом иметь небольшой запас прочности, например в качестве амортизирующей подушки или прокладки.
Особенности Печати
Одним из основных недостатков гибких филаментов является сложность их печати. Такие проблемы, как застревание или пробуксовка на пути движения филамента в экструдере, требуют определенного мастерства для обеспечения надежной подачи. Из-за своей мягкости нити могут проскальзывать мимо шестерен экструдера, если неправильно отрегулировать усилие натяжения филамента.
Кроме того, TPE склонен к появлению паутины на отпечатках, что требует точной настройки параметров отката для минимизации такого поведения. Однако слишком сильное втягивание может привести к перекручиванию и заклиниванию филамента. Эта проблема гораздо сильнее проявляется в экструдерах Боудена, поэтому при использовании гибких филаментов настоятельно рекомендуется использовать Директ привод.
И, наконец из-за гигроскопичности многих TPE рекомендуется хранить их в герметичном пакете с влагопоглотителем до тех пор, пока не придет время печатать на принтере. Также может пригодиться сушилка для филамента, чтобы высушить его непосредственно перед печатью.
Типы
На рынке представлено несколько различных типов TPE. В этой статье мы рассмотрим версии для 3D-печати, а также другие варианты гибких филаментов. К ним относятся следующие:
- Термопластичный полиуретан (TPU)
- Мягкий PLA
- Термопластичный полиамид (TPA)
- Полиэфирный блок-амид (PEBA)
- Термопластичный сополиэстер (TPC)
- Термопластичный блок-сополимер стирола (TPS)
Рассмотрим каждый из них более подробно.
TPU
Термопластичный полиуретан (TPU) — наиболее распространенный TPE используемый в 3D-печати. Как следует из названия, он основан на полиуретане, но модифицирован, чтобы сделать его более мягким. Благодаря уникальному сочетанию свойств он отлично подходит для спортивной одежды, которая выигрывает от его прочности и воздухопроницаемости, а промышленное оборудование также использует преимущества его прочности и гибкости.
Существует огромное количество цветовых решений для TPU, включая полупрозрачные. TPU также выпускается в виде композитных филаментов, например в вариантах с углеродным волокном и стеклонаполнителем.
Другой распространенной проблемой при работе с TPU является образование паутины, которое чаще всего происходит при более высоких температурах. По этой причине рекомендуется печатать при более низкой температуре, но не слишком низкой, чтобы не нарушить адгезию слоев.
ПАРАМЕТРЫ 3D-ПЕЧАТИ
- Температура сопла: 210-230 °C
- Температура стола: без подогрева — 60 °C
- Скорость печати: 5-30 мм/с
- Адгезия к столу: Синяя лента
eTPU-95A от eSUN — это TPU высшего качества по довольно высокой цене. Отличный выбор, если вам нужна надежная печать сразу после установки. Более дешевые варианты тоже могут подойти, но их сложнее печатать и они менее долговечны со временем.
Soft PLA
Мягкий PLA иногда называемый гибким PLA — это общий термин, применяемый к PLA, с добавками размягчителей. В то время как обычный PLA является достаточно хрупким и способен растягиваться лишь на 5-10% до разрыва, мягкий PLA в зависимости от состава может превышать этот показатель на 100%. Такое эластичное поведение означает, что мягкий PLA относится к категории TPE, но следует отметить, что он отличается от TPU.
Мягкие PLA отличаются особой гибкостью и идеально подходят для забавных сминаемых игрушек и других нетребовательных применений. В зависимости от производителя эти филаменты могут соответствовать стандартам безопасных для пищевых продуктов пластмасс, поэтому они могут стать отличным вариантом для печати кухонных гаджетов. Твердость по Шору обычно составляет 90-95 А.
Следует также отметить, что мягкий PLA может не обладать той прочностью и жесткостью, которой обладают предыдущие TPE инженерного класса. Поэтому если вам нужен материал, способный работать при температурах окружающей среды или сохранять определенную структурную целостность, то, возможно, лучше использовать TPS или TPA.
ПАРАМЕТРЫ 3D-ПЕЧАТИ
- Температура сопла: 190-230 °C
- Температура стола: без подогрева — 60 °C
- Скорость печати: 20-60 мм/с
- Адгезия к столу: Обычно не вызывает проблем
TPA
TPA — это общий термин для обозначения полиамидов (нейлоноподобных), химически соединенных с эластомерами (мягкими полимерами). Одним из наиболее часто используемых мягких полимеров являются полиэфиры для изготовления филаментов типа PEBA, о которых мы расскажем в следующем разделе. При этом свойства ТПА могут быть самыми разнообразными, но общий компонент нейлон обеспечивает несколько отличительных особенностей.
TPA обладают многими свойствами, присущими нейлону, такими как устойчивость к истиранию и химическая стабильность. По сравнению с нейлоном, TPA обладает меньшей плотностью и большей гибкостью. Это делает его полезным для таких изделий, как колеса для роботов, напечатанных на 3D-принтере.
TPA — один из самых термостойких и прочных материалов среди гибких филаментов. Поглощение влаги может быть менее проблематичным для TPA, но все же рекомендуется хранить в сухом месте.
Ассортимент производителей этого нишевого материала относительно невелик. Это также означает, что выбор цветов и вариантов также невелик.
ПАРАМЕТРЫ 3D-ПЕЧАТИ
- Температура сопла: 230-250 °C
- Температура стола: 90-110 °C
- Скорость печати: 5-30 мм/с
- Адгезия к столу: Рекомендуется клей на основе ПВА
PEBA
Полиэфирный блок-амид (PEBA), термопластик на основе амидов, является одним из видов ТПА. Благодаря отличному сочетанию прочности и гибкости он является наиболее популярным на мировом рынке.
По своим физическим характеристикам PEBA схож с силиконом и во многих случаях может быть использован вместо нее. В промышленных применениях используется высокая ударопрочность и низкая плотность PEBA для изготовления спортивных товаров, например лыжных ботинок. Благодаря своим антистатическим и термостойким свойствам он также отлично подходит для изоляции проводов и общей защиты электроники.
Исследования показали, что для достижения идеального сочетания мягкости и прочности PEBA его следует печатать с большей, чем обычно, высотой слоя — 0,3 мм и заполнением 75%.
ПАРАМЕТРЫ ПЕЧАТИ
- Температура сопла: 240-260 °C
- Температура стола: 90-110 °C
- Скорость печати: 20-60 мм/с
- Адгезия к печатной пластине: Рекомендуется клей на основе ПВА
Вариант PEBA 90A от Fillamentum доступен в различных цветах. Хотя он немного дороговат это, по-видимому нормальная цена для филамента PEBA.
TPC
Термопластичный сополиэстер (TPC) — это эластомер на основе полиэстера, который считается материалом инженерного класса, что может объяснить, почему он не так часто встречается в мире любительской 3D-печати. Если Вы ищете гибкий материал, устойчивый к внешним воздействиям, возможно, стоит обратить внимание на TPC.
ПАРАМЕТРЫ 3D-ПЕЧАТИ
- Температура сопла: 220-260 °C
- Температура стола: 90-110 °C
- Скорость печати: 5-30 мм/с
- Адгезия к столу: Поверхность печати из PEI, рекомендуется использовать клей на основе ПВА
TPS
Термопластичные блок-сополимеры стирола (TPS) уже давно используются для изготовления мягких на ощупь изделий, таких как рукоятки для ручных инструментов, а также уплотнителей и прокладок.
В структуру TPS входят сегменты полистирола — материала, с которым вы, возможно, знакомы, поскольку из него изготавливаются многие потребительские товары, такие как упаковка и пенопласт. Будучи эластичным материалом, TPS отличается легкостью, мягкостью и гибкостью, сохраняя при этом прочность и устойчивость к воздействию воды и химических веществ.
Также можно встретить обозначение TPS как SBS (стирол-бутадиен-стирол) или SEBS (стирол-этилен/бутадиен-стирол). Хотя эти названия указывают на небольшие различия в химическом составе полимеров, для целей данного руководства мы будем объединять все варианты стирольных эластомеров под названием TPS.
При этом TPS очень хорошо подходит для применения при контакте с кожей, поскольку нетоксичен и устойчив к воздействию масла, воды и других химических веществ. TPS также может быть устойчив к УФ-деградации, особенно в составах SEBS. Это делает TPS хорошим выбором для применения на открытом воздухе или в местах, подверженных воздействию прямых солнечных лучей.
Следует помнить, что TPS не является особо растяжимым материалом: некоторые образцы способны растягиваться до разрыва лишь в 1,5 раза по сравнению с исходной длиной.
ПАРАМЕТРЫ 3D-ПЕЧАТИ
- Температура сопла: 260-280 °C
- Температура стола: 70-90 °C
- Скорость печати: 10-30 мм/с
- Адгезия к столу: Рекомендуется использовать лист PEI и клей на основе ПВА
Ни о чем статья