Trend przejmowania przez technologie druku 3D materiałów, kojarzonych do tej pory jedynie z przemysłem trwa. Dzięki niemu na rynku pojawiają się nowe, przemysłowe drukarki 3D, dostosowane do pracy w wysokich – i co ważne, stałych temperaturach. Jednym z materiałów, który na przestrzeni ostatnich lat zdobywa coraz większą popularność jest Nylon – wcześniej stosowane jedynie jako tworzywo do produkcji w technologiach proszkowych, teraz coraz częściej funkcjonuje również w formie filamentów.
Zacznijmy od nomenklatury. Nylon jest nazwą handlową poliamidów, nadana przez przedsiębiorstwo chemiczne DuPont. Innym określeniem, z jakim można się spotkać jest nazwa PA. Zazwyczaj, jest ona zapisywana z cyframi – najczęściej spotykane rodzaje poliamidów spotykanych w druku 3D to PA 6 oraz PA 12 i pochodzi on od związku chemicznego, z którego zsyntezowano nylon. Materiały te różnią się między sobą.
Tym, co przyciąga uwagę przedstawicieli świata druku 3D do materiałów nylonowych to ich świetne właściwości materiałowe. Nylon charakteryzuje wysoka wytrzymałość mechaniczna, termiczna i zmęczeniowa (niski współczynnik tarcia), dzięki czemu nada się do realizacji aplikacji technicznych. Odporny na działanie mniej agresywnych środków chemicznych.
Materiał z powodzeniem można wykorzystać do tworzenia wysoko obciążonych elementów konstrukcyjnych takich jak narzędzia, zawiasy, klamry, przekładnie, prototypy funkcjonalne czy części mechaniczne. Znajduje również zastosowanie w specjalistycznych zastosowaniach, realizowanych na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego, lotniczego czy militarnego.
Materiały na bazie nylonu charakteryzuje wysoka temperatura topnienia, przez co wytwarzanie z nich modeli 3D powinno odbywać się w stałej, podwyższonej temperaturze. Materiał jest również wysoko higroskopijny, co oznacza, że z łatwością absorbuje wodę z otoczenia. Z jednej strony pozwala to na łatwe barwienie elementów z tego materiału – z drugiej strony może sprawiać, że druk 3D z nylonu może być kłopotliwy.
| Parametr | PA11 | PA12 | PA6 |
|---|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie [N/mm2] | 48 | 45 | 60 |
| Najniższa temperatura topnienia [°C] | 200 | 180 | 220 |
Materiały poliamidowe wykorzystywane są do wykonywania wydruków 3D w różnych technologiach – SLS, MJF i FDM.
SLS
W druku 3D w technologii SLS, nylon ma formę proszku, który jest selektywnie spiekany wiązką lasera. Najczęściej stosowanym tworzywem jest proszek poliamidu PA12, który pozwala na wytwarzanie elementów funkcjonalnych oraz PA11, który cechuje wyższa wytrzymałość na rozciąganie.
Technologie proszkowe są najwłaściwszą metoda druku 3D z PA12 i PA11, ponieważ pozwalają na zachowanie stałej, wysokiej temperatury pracy, co jest szczególnie ważne w przypadku materiałów na bazie nylonu. Technologia SLS pozwoli na wykonywanie trwałych elementów o lekko chropowatej powierzchni, opłacalnych w produkcji niskoseryjnej.
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Tolerancja wymiarowa | 0,3 mm |
| Minimalna grubość ścianki | 0,7 mm |
| Standardowa wysokość warstwy | 80 – 120 μm |
MJF
Technologia Multi Jet Fusion HP obecnie pozwala na druk 3D z trzech rodzajów materiałów na bazie poliamidów:
- PA11 – materiał stosowany najczęściej do aplikacji przemysłowych. Z uwagi na swoje właściwości, odpowiedni do wytwarzania funkcjonalnych elementów.
- PA12 – najpopularniejszy materiał do druku 3D w technologii MJF. Stosowany do druku 3D części funkcjonalnych i konsumenckich. Wykonywane elementy są mocne i trwałe, a jednocześnie wykazują wystarczającą elastyczność, aby być odporne na pękanie. Materiał od HP jest biokompatybilny i spełnia wytyczne dyrektywy RoHS.
- PA12GB – materiał wzbogacany szklanymi kulkami (40%), dzięki czemu wykazuje wyższą sztywność niż PA12. Jego właściwości pozycjonują go jako materiał do wykonywania trwałych elementów, odpornych na tarcie i zużycie w czasie.
FDM
Rosnąca gama materiałów na bazie PA6 do druku 3D w technologii FDM zachęca do realizowania własnych wydruków. W pracy z materiałami na bazie nylonu szczególnie ważne jest przechowywanie materiału i postępowanie z nim na etapie przed rozpoczęciem druku 3D.
Wysoka higroskopijność materiału nie ułatwia procesu druku 3D/ W praktyce, materiał na szplce może wchłonąć wodę o objętości nawet 10 % swojej własnej wagi. Z uwagi na ten fakt, zawsze należy przechowywać szpulę z materiałem w szczelnym pojemniku z żelem krzemionkowym, pochłaniającym wilgoć.
Skąd jednak wiadomo, że materiał wchłonął wodę? Pierwszym wyznacznikiem jest oczywiscie jego podwyższona waga. Drugim – odgłos jaki wydaje podczas rozgrzewania się w głowicy. Kiedy materiał pochłonie wilgoć zaczyna charakterystycznie strzelać podczas podnoszenia jego temperatury to temperatury topnienia. Wtedy zamiast gładkich, drukowanych 3D warstw otrzymujemy poszarpaną powierzchnię, co dyskwalifikuje wydruk zarówno pod względem estetycznym jak i jego właściowości mechanicznych.
Wtedy, należy poddać filament działaniu wysokich temperatur, wykorzystując specjalną suszarkę lub… własny piekarnik. Wymaga to jednak czasu (4-6 godzin), a z uwagi na własne bezpieczeństwo, rekomendujemy wygrzewanie filamentu w dedykowanych do tego urządzeniach.
Najbardziej problematyczną kwestią podczas druku 3D z nylonu jest podnoszenie się materiału i odkształcanie się spowodowane skurczem. Aby mu zapobiegać, należy zapewnić stałą temperaturę w komorze roboczej drukarki 3D i unikać źródeł zimnego powierza (np. klimatyzacja).
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Temperatura głowicy | 220 – 270°C |
| Temperatura stołu | 75 – 90°C |
| Rozpuszczalny | nie |
| Odpowiedni do druku 3D elementów funkcjonalnych | tak |
| Odporny na zmęczenie | tak |
| Odporny termicznie | tak |
| Odporny mechanicznie | tak |
| Elastyczny | tak dla struktur cienkościennych |
| Podatny na podwijanie | tak |
| Higroskopijny | tak |
Ile kosztuje filament na bazie nylonu?
Szacunkowe ceny różnych typów materiałów na bazie poliamidu:
| Nazwa materiału | PA6 Low Warp | PA6 CF15 | PA6 Neat | PA6 GK10 |
|---|---|---|---|---|
| Cena (1kg) | 165 PLN | 329 PLN | 299 PLN | 319 PLN |
| Cecha charakterystyczna | Niski skurcz przetwórczy materiału | Wzmacniany włóknem węglowym | Pozwala na stałą pracę w temperaturze 120°C | Z dodatkiem kulek szklanych |
Producenci oferują materiały nylonowe wzbogacane o włókno węglowe czy kulki szklane, aby zapewnić polepszone właściwości mechaniczne wykonywanych wydruków 3D. Wiąże się to najczęściej z podwyższoną ceną.
