Z każdym dniem mamy do czynienia z coraz większą dostępnością wielu metod wytwarzania addytywnego, które możemy określić mianem druku 3D, różniących się znacząco od siebie oraz stosujących bardzo szeroką gamę materiałów. Materiały te można pogrupować w zależności od tego w jakiej metodzie druku przestrzennego są wykorzystywane, lub jakie cechy i właściwości będą mały przedmioty uzyskane w procesie druku 3D.
Podział materiałów ze względu na rodzaj
Podział materiałów wygląda następująco:
ABS
ABS (akrylonitryl-butadien-styren) – tworzywo otrzymywane w procesie polimeryzacji butadienu oraz kopolimeryzacji akrylonitrylu ze styrenem wraz z jednoczesnym szczepieniem powstałego kopolimeru na polibutadienie. Jest bardzo popularnym materiałem ze względu na niski koszt i dobre właściwości mechaniczne. Podczas drukowania materiał ABS ma tendencję do wydzielania nieprzyjemnych zapachów.
TPE i TPU
TPE i TPU – materiały 3D w postaci elastycznego włókna wykonane z termoplastycznych elastomerów (TPE), które są mieszanką twardego plastiku i gumy. Istnieje kilka rodzajów TPE, przy czym termoplastyczny poliuretan (TPU) jest najczęściej stosowany wśród filamentów do drukowania 3D. Stopień elastyczności tworzywa sztucznego zależy od rodzaju TPE i składu chemicznego zastosowanego przez producenta. Od opon samochodowych po gumkę “myszkę”.
PLA
Kwas polimlekowy, powszechnie znany jako PLA, to jeden z najpopularniejszych materiałów stosowanych w stacjonarnym druku 3D. Jest to domyślny filament dla większości drukarek 3D opartych na wytłaczaniu, ponieważ można go drukować w niskiej temperaturze i nie wymaga podgrzewanego stołu. Do jego produkcji wykorzystywane są kukurydza i trzcina cukrowa, PLA jest odnawialny i, co najważniejsze, biodegradowalny.
HIPS
HIPS, czyli polistyren wysokoudarowy, jest rozpuszczalnym materiałem nośnym, który jest powszechnie stosowany z ABS. Często używany jako materiał podporowy, HIPS można rozpuścić w d-limonenie, pozostawiając wydruk wolny od jakichkolwiek śladów. Ma podobne właściwości drukowania jak ABS, choć jest bardziej stabilny wymiarowo i nieco lżejszy niż ABS. Znajduje zastosowanie w druku 3D części, które w końcu ulegną zużyciu a skorzystają na mniejszej wadze.
PETG
PETG to zmodyfikowana glikolem wersja politereftalanu etylenu (PET), który jest powszechnie stosowany do produkcji butelek na wodę. Materiał półsztywny, ale podatny na ścieranie. Posiada doskonałe właściwości termiczne. Na rynku istnieje kilka odmian tego materiału, w tym PETG, PETE i PETT.
Materiały i dodatki zdobywające coraz większą popularność:
- Nylon
Nylon (inaczej poliamid) to popularny materiał w przemyśle tworzyw sztucznych, znany ze swojej wytrzymałości i elastyczności. Włókna nylonowe zwykle wymagają temperatur ekstrudera bliskich 250 ºC, inne rodzaje ze zmienionym składem chemicznym 220 ºC. Włókna nylonowe są higroskopijne, a drukowanie nylonu po wchłonięciu wilgoci prowadzi do wielu problemów z jakością druku. - Włókna węglowe
Włókna węglowe wtryskiwane w materiał podstawowy celem poprawić jego właściwości. Popularne filamenty z wypełnieniem z włókna węglowego to PLA, PETG, nylon, ABS i poliwęglan. Włókna zwiększają wytrzymałość i usztywniają materiał, zmniejszają jego wagę i bardziej stabilizują wymiarowo. - ASA
ASA (akryl-styren-akrylonitryl) – tworzywo sztuczne o właściwościach podobnych do ABS. Bardziej odporny na promieniowanie UV dzięki zmianie rodzaju gumy używanej w składzie. Cechuje go wysoka odporność na uderzenia, oraz na temperaturę. Zwiększa to jednak trudności drukowania. Jest powszechnie stosowany w zastosowaniach zewnętrznych zamiast ABS ze względu na doskonałą odporność na promieniowanie UV i trudne warunki pogodowe. - Poliwęglan
Poliwęglan (PC) to materiał o wysokiej wytrzymałości przeznaczony do trudnych środowisk i zastosowań inżynieryjnych. Ma wyjątkowo wysokie ugięcie cieplne i odporność na uderzenia i zginanie. Wytrzymuje temperaturę wynoszącą 150 ° Celsjusza, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wysokotemperaturowych. Poliwęglan jest wyjątkowo higroskopijny. Wymaga również bardzo wysokich temperatur do drukowania i będzie wykazywać separację warstw, jeśli zostanie wydrukowany w zbyt niskiej temperaturze lub z włączonym nadmiernym chłodzeniem. - Polipropylen
Polipropylen to półsztywny i lekki materiał. Półkrystaliczna struktura materiału powoduje, że części drukowane w 3D mocno odkształcają się podczas chłodzenia, co utrudnia drukowanie 3D. - Metale
Materiały 3D wypełnione metalem zawierają bardzo drobny proszek metalowy, taki jak miedź, brąz, mosiądz i stal nierdzewna co sprawia, że włókno jest znacznie cięższe niż standardowe tworzywa sztuczne. - Włókna drzewne
Włókna drzewne są materiały 3D w postaci kompozytu, który łączy materiał podstawowy PLA z pyłem drzewnym, korkiem i innymi sproszkowanymi pochodnymi drewna. Drukowane przedmioty z tego materiału świetnie imitują drewno. - PVA
PVA(polialkohol winylowy) – miękki i biodegradowalny polimer. Całkowicie rozpuszczalny w wodzie, co czyni go bardzo użytecznym materiałem podporowym w druku 3D. PVA może być również używany jako materiał modelowy, jeśli istnieje potrzeba wykonania szybkich prototypów.
Rozróżnienie materiałów ze względu na właściwości
- Odporne chemicznie – PETG, kompozyty, wypełnione metalem lub włóknami węglowymi albo drewnianymi,
- Rozpuszczalne – HIPS, PVA,
- Sprężyste – TPE lub TPU,
- Odporne na zmęczenie – TPE i TPU, PETG, Nylon, Poliwęglan, Polipropylen, PVA,
- Elastyczne – TPE/TPU, Nylon, Polipropylen, PVA
- Odporne na temperaturę – ABS, HIPS, Nylon, ASA, Poliwęglan, Polipropylen,
- Nie wymagany podgrzewany stół – PTE i PTU, PLA,
- Wypełnione metalem lub włóknami węglowymi albo drewnianymi,
- Odporne na uderzenia – ABS, HIPS, Nylon, ASA, Poliwęglan,
- Sztywne – ABS, PLA, HIPS, PETG, Wypełniony metalem lub włóknami węglowymi albo drewnianymi, ASA, Poliwęglan,
- Miękkie – TPE/TPU, Polipropylen, PVA,
- Odporny na promieniowanie UV – ASA,
- Odporny na wodę – PETG, Polipropylen
