Arthur Sebert z 3D Matter wyjaśnia na czym polegają ich złożone testy polimerów

Nie ma wątpliwości co do tego, że typ drukarki 3D, którą posiadasz (lub do której masz dostęp) wpływa na jakość powstających na niej wydruków 3D. Jednakże rodzaj materiału z jakiego korzystasz, jest tak samo ważny, aby twoja praca nad projektowaniem modelu 3D nie poszła na marne. Na rynku dostępnych jest multum różnych drukarek 3D i filamentów, jednak brakuje informacji jak ich używać, jakie mają właściwości mechaniczne i które z nich pasują najlepiej do danej maszyny?

Z tego powodu Arthur Sebert i Gregoire Bertacco z Brooklynu założyli 3D Matter – firmę, w której pracują specjaliści z zakresu materiałów do druku 3D. Celem ekspertów z 3D Matter jest odkrycie wszystkich tajemnic, jakie skrywają te materiały, zaczynając od jakości wydruków 3D i na ich właściwościach mechanicznych kończąc. Przy okazji wizyty w placówce New Lab z siedzibą w Brooklyn Navy Yard, miałem okazję poznać ekipę 3D Matter i porozmawiać z Sebertem o tym jak się miewa ich platforma OptiMatter, o termoplastach oraz branży druku 3D.

Sebert zaczął od tego, dlaczego właściwie zdecydował się razem z Bertacco założyć 3D Matter:

Zaczęliśmy 1,5 roku temu, gdy uznaliśmy, że wiedza na temat materiałów to nierozwinięty obszar związany z drukiem 3D. Staraliśmy się, by technologia ta stała się nieco bardziej użyteczna. Skupiliśmy się na zastosowaniach niszowych i prototypowaniu, ale nie używaliśmy druku 3D do produkcji funkcjonalnych elementów. Na początku myśleliśmy, że winne są temu materiały (co jest po części prawdą), z drugiej jednak strony spotykaliśmy wielu ludzi, którzy tworzyli coś wspaniałego, wprowadzając nowe tworzywa na rynek.

To, czego brakowało nam najbardziej, to specyfikacja tych materiałów oraz szacowanie i przewidywanie, jak zachowają się, gdy zastosuje się je w druku 3D. Zaczęliśmy więc testować niektóre aspekty, by zrozumieć, co dzieje się z modelem wydrukowanym w tej technologii, porównując go z metodą wtryskową i innymi popularnymi sposobami wytwarzania.

Start-up dysponuje nowoczesnym laboratorium, w którym znajduje się sporo drukarek 3D drukujących w technologii FDM, jedna w technologii SLA (The Form 2), a także testery wytrzymałości mechanicznej i nacisku, dzięki czemu ekipa 3D Matter może sprawdzić wszystko pod jednym dachem. Standardowo zaczynają od przeprowadzenia dwóch priorytetowych testów termoplastów. Pierwszy z nich sprawdza ich wytrzymałość mechaniczną, rozciągliwość, moduł Younga oraz odporność na nacisk. Drugi z nich polega na wizualnej ocenie wyglądu, na potrzeby którego stworzyli specjalny model 3D o nazwie „Test Man”, składający się z wielu skomplikowanych detali, który pozwala im na odkrycie licznych aspektów po wykonaniu zaledwie jednego wydruku 3D.

Aby przeprowadzić wizualny test jakości, stworzyliśmy plik, nazwany przez nas „Test Man”, składający się z wielu różnych detali, które znacząco wpływają na jego wygląd. Model jest pokryty licznymi kształtami geometrycznymi co pozwala na sprawdzenie dokładności wydruku 3D stożka czy też kąta prostego. Mamy też oczywiście elementy, które są charakterystyczne dla typowych figurek czy też małych, precyzyjnych detali lub tekstur. Aspekty te są niezmiernie ważne, by sprawdzić to, co określamy jakością wizualną.

Potem skupiliśmy się na różnicach pomiędzy termoplastami, tym dlaczego PLA i ABS są bardziej popularne od innych termoplastów, jak choćby TPU, PET, nylon, czy PC. Sebert przyznaje, że PLA i ABS to polimery, od których zaczyna się przygoda z drukiem 3D, ale wierzy również w to, że ludzie doceniają również wartość rzadziej używanych termoplastów i że wkrótce coraz więcej osób zacznie skłaniać się ku innym materiałom.

ABS jest popularny dzięki swoim właściwościom mechanicznym, które są bardzo przydatne przy prototypowaniu. PLA ma silną pozycję, ponieważ jest polimerem, z którego drukuje się najłatwiej. Jednakże jestem zdania, że ta równowaga już wkrótce zostanie zaburzona. Na rynku pojawiają się coraz to nowsze produkty. Ostatnio przeprowadziliśmy testy TPU, PETu, nylonu i PC. Każdy z nich ma wyjątkowe właściwości, które można wykorzystać do różnych celów. Nie zdziwiłbym się w ogóle, gdyby okazało się, że PC może zastąpić w wieluprzypadkach ABS. Może nie będzie się tego robiło systematycznie, ale  szczerze-PC ma dużo więcej zalet niż ABS. Nie mogę powiedzieć, że w przyszłości przestanie się w ogóle korzystać z ABSu czy PLA, jednak inne materiały będą z pewnością bardziej doceniane.

Na podstawie testów porównawczych 3D Matter zamierza stworzyć narzędzie, pozwalające na zestawianie różnych materiałów do druku 3D – OptiMatter. Platforma ta jest obecnie dostępna za darmo. Jej finalna wersja ma pozwolić na uzyskiwanie kompleksowych informacji na temat materiałów, technologii druku 3D oraz parametrów, które pozwolą użytkownikowi na dobranie optymalnej konfiguracji, spełniającej jego wymagania.

“Naprawdę staramy się skupić na stworzeniu produktu, który sprawi, że rynek będzie bardziej przejrzysty. Uważam, że obecnie nie ma konkretnych standardów druku 3D, a producenci materiałów nie mają motywacji do stosowania uniwersalnych testów swoich filamentów. To co zamierzamy zrobić, to testowanie filamentów każdego producenta czy dystrybutora w ten sam sposób. Uważam, że obiektywność to największa zaleta platformy OptiMatter. Chcą oni, byśmy przeprowadzali złożone i łatwe do powtórzenia testy ich materiałów, żeby potem móc przedstawić obiektywne dane potencjalnym klientom.”

Mimo że 3D mater zdradziło już wiele szczegółów na temat termoplastów, mają jeszcze wiele pracy związanej z technologią FDM, takich jak choćby poprawa jakości wizualnej czy prędkości druku. Według Seberta, by do tego doszło, producenci drukarek 3D i pasujących do nich materiałów, powinni pracować w tandemie, by móc ulepszać oba produkty.

“Technologia FDM ma dużo braków, jak m.in. jakość wizualną czy tempo wydruku. Te w dużej mierze zależą od maszyny. Z drugiej strony, producenci materiałów powinni je ulepszać. Moim zdaniem będzie to proces iteracyjny, dzięki któremu poprawią się zarówno drukarki 3D, jak i wykorzystywane przez nie materiały. Z podkręcaniem szybkości druku oraz wyglądu modeli jest trochę jak z ping-pongiem. Jestem bardzo optymistycznie nastawiony do materiałów magnetycznych, niesamowitą odmianą będą również innowacyjne materiały kompozytowe. Copper fill wyląda świetnie, jednak ma kiepskie właściwości mechaniczne, jak to poprawić? Staramy się być agnostyczni aż do samego końca i obserwujemy, co zrobią producenci materiałów.”

Mimo że maszyny przemysłowe są niepraktyczne z punktu widzenia testów, głównie ze względu na ich wysoką cenę, to 3D Matter zaimplementowało kilka materiałów Stratasysa takich jak ULTEM i EOS PA-2200 Nylon. Sebert podchodzi również bardzo entuzjastycznie do sprzętów multimateriałowych, jest w pełni świadomy, że utrudnią one proces testów, jednak jest gotowy podjąć takie wyzwanie. Ogólnie rzecz biorąć OptiMatter będzie z pewnością sojusznikiem w walce o ulepszenie technologii druku 3D oraz stosowanych w niej materiałów.