Освойте 3D-печать из полипропилена. Избавьтесь от деформации, улучшите адгезию к столу и узнайте секреты печати деталей с исключительной долговечностью.
Ищете материал, который будет прочным, химически стойким и способным изгибаться тысячи раз без поломки? Это возможно благодаря печати с использованием полипропилена (PP), самого популярного в мире «прочного» пластика.
PP можно найти повсюду, от автомобильных деталей до крышек для бутылок с водой, потому что он дешевый, широко доступный и обладает выдающимися свойствами. Однако в качестве материала для 3D-печати он дороже PLA, PETG и ASA, его цена начинается от 50 долларов за килограмм в виде нити, поэтому вы должны быть уверены, что он вам нужен.
Профессионалы часто используют PP в виде порошка с помощью 3D-печати MultiJet Fusion или SLS из-за его востребованных свойств для использования в ортопедических изделиях, автомобильных деталях и корпусах для электроники.
Здесь, однако, мы сосредоточимся на PP в качестве нити в FDM и гранулированной 3D-печати, где он часто является материалом выбора для таких применений:
| Требования к деталям из полипропилена | Примеры применения |
|---|---|
| иметь поверхность с низким коэффициентом трения | ролики держателя катушки нити, прокладки бокового направляющего конвейера, воронка для дозирования клея или герметика |
| выдерживать тысячи циклов изгиба | петли, зажимы, гибкий палец захвата робота, защелка батарейного отсека с гибким язычком |
| быть устойчивыми к воздействию масел, растворителей, кислот | воронка для слива масла, приспособление для гальванической подвески, вставка для станции очистки смолы 3D-принтера |
| быть прочными, но не очень жесткими | защитные угловые бамперы, опоры шасси дронов, кронштейны для крепления датчиков |
Превосходные механические свойства полипропилена имеют и обратную сторону: он довольно сложен в печати, а именно, имеет склонность к деформации и плохо прилипает к рабочей платформе. Однако ситуация меняется, и печать с использованием полипропилена постепенно догоняет традиционные производственные отрасли. Независимо от того, занимаетесь ли вы прототипированием функциональных деталей для массового производства или созданием легкого, устойчивого к усталости оборудования, полипропилен теперь доступен как никогда ранее.
В этом руководстве мы преодолеем все трудности. От понимания, почему «трюк с упаковочной лентой» работает лучше других ленточных хаков, до изучения того, когда нужно настраивать температуру рабочей платформы для лучшей адгезии — вот как наконец освоить 3D-печать из ПП и раскрыть ее исключительный потенциал.
Сначала давайте рассмотрим сам полимер, затем углубимся в то, как и зачем использовать его для 3D-печати, и в заключение рассмотрим некоторые услуги, специализирующиеся на 3D-печати полипропилена.
Полипропилен, который вы знаете
Свойства Материала
Полипропилен стал популярным выбором для изготовления деталей благодаря своей низкой стоимости и множеству благоприятных химических свойств, наиболее важные из которых перечислены ниже.
- Прочность: Полипропилен известен своим отличным соотношением прочности к весу, что делает его прочным, но легким материалом. Он обладает хорошей прочностью на разрыв, ударопрочностью и прочностью на изгиб, которые зависят от конкретного используемого материала, печатаемой детали и технологии печати.
- Водонепроницаемость: Полипропилен обладает высокой водонепроницаемостью. Это свойство необходимо для применения в медицинских и промышленных продуктах, а также в аквариумах и бассейнах, где происходит полное погружение.
- Высокая температура плавления: по сравнению с другими пластиками, представленными на рынке, высокая температура плавления полипропилена (~165 °C) делает его отличным выбором для любых применений, где требуются высокие температуры. Однако следует отметить, что он не очень устойчив к ультрафиолетовому излучению, поэтому не идеально подходит для использования на открытом воздухе. Типичная температура теплового изгиба составляет около 85–110 °C.
- Химическая стойкость: химическая стойкость и стойкость к растворителям полукристаллических полимеров обычно намного выше, чем у конкурирующих аморфных материалов, поскольку их плотно упакованные кристаллические структуры защищают их от растворения.
- Биологическая стойкость: не подвержен плесени и не разрушается под воздействием биологических факторов, таких как бактерии или грибки (в краткосрочной перспективе).
- Изоляция: благодаря высокой электростойкости широко используется в электронных компонентах.
- Нетоксичность: согласно Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, полипропилен в целом считается безопасным для пищевых продуктов и контакта с человеком и не содержит спорного добавки бисфенола А (BPA). (Однако, в зависимости от используемой смеси, текущие исследования показывают, что химические вещества, нарушающие работу эндокринной системы, содержащиеся в пластике, все же могут подвергаться риску вымывания в пищевые продукты и напитки при определенных условиях).
- Возможность переработки: теоретически полипропилен поддается как химической, так и механической переработке. Существует несколько вариантов переработанного полипропилена, доступных для 3D-печати.
- Устойчивость к усталости: это свойство является причиной, по которой крышка вашего шампуня изготовлена из полипропилена. Он сохраняет свою форму после изгиба или скручивания. Это делает его подходящим для изготовления шарниров, которые обычно невозможно изготовить из более привычных материалов для 3D-печати, таких как PLA, ABS или нейлон.
Несмотря на все эти преимущества, химический состав полипропилена имеет и ряд недостатков.
Недостатки полипропилена:
- Производится из ископаемого топлива: полипропилен получают из ископаемого топлива, а именно путем полимеризации пропилена, побочного продукта переработки нефти и природного газа.
- Высокая воспламеняемость: этот материал легко горит, но существуют сорта, которые более устойчивы к воздействию пламени.
- Ультрафиолетовое разложение: он подвержен повреждениям под воздействием солнечного света, что приводит к разложению полимерных связей, удерживающих его. Поэтому в чистом виде он не является идеальным выбором для длительного воздействия солнечного света на открытом воздухе, однако эту проблему можно решить с помощью пигментов и других добавок.
- Плохие склеивающие свойства: это затрудняет окрашивание и влияет на его совместимость с некоторыми клеями.
- Восприимчивость к окислению. Полипропилен подвержен термоокислительному разложению, но большинство коммерческих ПП (включая большинство нитей для 3D-печати) обычно содержат стабилизаторы, которые смягчают эту проблему.
3D-принтеры для Полипропилена
Хотя мы в основном сосредоточены на FDM, если вам нужны детали большего объема, с механическими свойствами, схожими с литьем под давлением, или с более гладкой поверхностью, вы также можете обратиться к селективному лазерному спеканию (SLS), Multi Jet Fusion (MJF) или Selective Absorption Fusion (SAF) от Stratasys, которые являются технологиями на основе порошка и доступны через услуги 3D-печати, если вы не собираетесь приобретать собственный промышленный 3D-принтер.
Когда речь идет о FDM, вы будете использовать нить или гранулы. Фактически, почти любая настольная машина для моделирования методом наплавления (FDM) может печатать на 3D с помощью полипропиленовой нити, если сопло может достигать температуры около 265 °C – 275 °C, вы можете нагреть платформу до 80 °C – 100 °C и можете контролировать скорость вентилятора. Печатная платформа также важна, и некоторые производители предлагают специальные полипропиленовые печатные пластины, чтобы увеличить шансы на успешную печать.
Для печати PP вашим FDM требуется:
- Температура сопла 265 °C – 275 °C.
- Температура нагреваемого стола 80 °C – 100 °C.
- Полипропиленовая билд-пластина или специальная лента/клей.
- Рекомендуется использовать корпус
Промышленные FDM-принтеры (MiniFactory, Roboze, Apium, Aon3D, Stratasys и т. д.) также обрабатывают полипропилен в виде нити или гранул. Эти машины обеспечивают более точный контроль параметров печати и имеют готовые профили печати для полипропилена. Некоторые производители промышленных FDM-3D-принтеров также предлагают собственный полипропиленовый материал, адаптированный к их машинам.
Крупномасштабные 3D-принтеры с роботизированной рукой, которые используют материал в виде гранул, часто могут печатать на 3D-принтере с использованием полипропиленовых обрывков, полученных из отходов потребления.
3D-печать с Использованием Полипропилена
Сочетание универсальности 3D-печати FDM с характеристиками полипропилена идеально подходит для широкого спектра продуктов, таких как ортопедические приспособления, автозапчасти и спортивное оборудование.
PP-филамент широко доступен в различных составах, но возможность 3D-печати с использованием PP в виде гранул набирает популярность как гораздо более экономичная альтернатива для крупных проектов. В большинстве случаев вы можете печатать на 3D-принтере с использованием тех же PP-гранул, которые используются в литьевой промышленности, с помощью 3D-принтера для гранул.
Независимо от того, используется ли филамент или гранулы, полукристаллическая структура полипропилена сопряжена с определенными трудностями. При охлаждении возникают высокие деформационные напряжения, которые часто приводят к отслоению первых слоев, которые, возможно, удалось приклеить к печатной платформе. Поскольку адгезия к платформе и деформация являются нашими главными врагами, мы рассмотрим, как можно решить эти проблемы для успешной печати.
При 3D-печати полипропилена имейте в виду, что изменение температуры экструзии может привести к различиям в свойствах одного и того же 3D-отпечатка. Если это нежелательный эффект, используйте 3D-принтер с закрытой камерой, чтобы обеспечить постоянную температуру и отсутствие сквозняков.
Профиль Печати для PP
Каждая марка принтера отличается, но хорошими начальными значениями являются:
- Сопло: 220 °C – 250 °C
- Стол: 90 °C – 105 °C. Если адгезия слабая, слегка увеличьте температуру пода. При использовании ленты для пода нагрев может не потребоваться.
- Температура камеры: 30 °C – 50 °C
- Вентилятор: выключен или на очень низкой скорости (0–20 %)
- Первый слой: медленно и горячо
Совет №1: Используйте клейкую ленту или специальный клей для полипропилена
Полипропиленовые отпечатки лучше всего прилипают к полипропиленовым поверхностям. Печать на листе PP или полипропиленовой упаковочной ленте может улучшить адгезию к рабочей платформе, но лента может разрушаться при высоких температурах платформы, и результаты зависят от конкретной используемой ленты (убедитесь, что она изготовлена из PP). При использовании ленты вам, возможно, не понадобится нагревать платформу, но следуйте инструкциям, прилагаемым к нити.
Производитель клея для 3D-печати Magigoo предлагает специальный клей для печатной платформы, Pro PP, специально разработанный для 3D-печати из полипропиленовых пластиков.
Совет №2: используйте большую кайму
Попробуйте печатать с большим ободком или рафтом, чтобы противостоять высоким деформационным нагрузкам полипропилена. Оба метода увеличивают площадь поверхности первых слоев ваших отпечатков, уменьшая точки концентрации деформационных нагрузок и увеличивая вероятность успешной печати. После печати их просто отрезают или снимают.
При использовании PP вам может потребоваться увеличить размер ободка или рафта по сравнению с тем, что вы обычно используете для других материалов. Как правило, оба метода можно использовать взаимозаменяемо, хотя вы можете предпочесть один из них.
Настройки каймы первого слоя, которая максимально увеличивает сцепление:
- Скорость первого слоя: 15–25 мм/с.
- Высота первого слоя: 0,2–0,3 мм.
- Поток первого слоя: 105%–110%.
- Широкая кайма (рекомендуется 8–20 линий).
Совет №3: Повысьте температуру
Еще один способ уменьшить деформацию — повысить температуру стола. Это предотвратит чрезмерное охлаждение полипропилена, что снизит степень усадки. Сдерживая усадку, вы можете уменьшить напряжения, вызывающие деформацию.
Хорошим отправным пунктом будут настройки по умолчанию для полипропилена, предустановленные производителем принтера или нити, если они доступны. В противном случае начните с 85 °C и повышайте температуру стола по 5 °C за раз, пока не найдете оптимальную температуру. Оптимальная температура должна быть в диапазоне от 85 °C до 100 °C.
Перед снятием дайте деталям полностью остыть. PP сильно сжимается во время охлаждения, поэтому обязательно подождите, пока стол не достигнет комнатной температуры. Это также облегчит извлечение и предотвратит повреждение поверхностей.
