Rozpoczęcie pracy z drukarką 3D często rodzi mnóstwo pytań, na które nie zawsze udaje się znaleźć właściwe odpowiedzi. Jeśli znalazłeś już odpowiednią drukarkę 3D, dopasowaną do swoich wymagań i oczekiwań, nadchodzi kolejna ciężka decyzja: czyli jaki wybrać filament do drukowania 3D? Tutaj pod uwagę należy wziąć szereg kwestii – poziom umiejętności, przeznaczenie projektu, możliwości wybranej drukarki 3D oraz materiał.
Jaki wybrać filament do druku 3D? Co zrobić, gdy w trakcie procesu druku 3D pojawi się problem? W poniższym artykule odpowiemy na najczęściej zadawane pytania.
Na co należy zwrócić uwagę wybierając filament do druku 3D?
Sprawdź etykietę
Na etykiecie umieszczone są wszelkie kluczowe informacje dotyczące materiału, takie jak kolor, grubość żyłki, czy ilość materiału na szpuli. Na opakowaniu powinny znajdować się też temperatura ekstrudera w jakiej materiał powinien być drukowany oraz stołu roboczego.
Właściwa średnica filamentu
Informacja dla początkujących – średnice filamentów różnią się między sobą. Znakomita większość drukarek 3D korzysta z filamentu o średnicy 1,75 mm, jednakże na rynku jest wiele modeli urządzeń używających materiałów o wyższej średnicy: 2,85 mm. Ma to związek z typem ekstrudera tłoczącego filament do głowicy – jeżeli jest zamontowany bezpośrednio nad głowicą najprawdopodobniej będzie używać średnicy 1,75 mm, z kolei w ekstruderach typu Bowden, zamontowanych na obudowie urządzenia wymagana jest wyższa średnica. Od tego zdarzają się wyjątki, dlatego zawsze należy to sprawdzić – czy to przed zakupem drukarki 3D, czy przy zakupie samego filamentu.
Jeżeli kupimy filament o innej średnicy niż używa nasza drukarka 3D niewiele z tym zrobimy. Teoretycznie można by modyfikować wybrane komponenty ekstrudera, jednakże dużo prościej będzie po prostu spróbować wymienić filament u sprzedawcy na odpowiednią średnicę.
Z punktu widzenia konsumenta warto także pamiętać, że z uwagi na to, że drukarki 3D korzystające z filamentów o średnicy 1,75 mm są dużo bardziej popularne od tych używających materiałów o średnicy 2,85 mm, niektórzy producenci rezygnują z produkcji tych drugich – dotyczy to zarówno gatunków jak i kolorów.
Skurcz materiału
Niektóre tworzywa sztuczne są materiałami ulegającymi znacznemu skurczowi w trakcie chłodzenia. ABS jest uznawany za filament wysoko kurczliwy – efekt tego zjawiska widać szczególnie na większych wydrukach. Należy pamiętać, że mimo iż PLA jest znacznie mniej podatne na skurcz, to przy dużych elementach zjawisko to także zaczyna mieć wpływ na wydruk 3D. Kurczenie się materiału może skutkować w odkształcaniu się wydruku, jego pękaniu czy podwijaniu się. Jak temu zapobiec? Jednym z rozwiązań jest zamknięta komora robocza, gdyż pozwala utrzymać stałą i wysoką temperaturę. Dzięki temu element nie chłodzi się szybko w niekontrolowany sposób.
Podgrzewany stół roboczy
Przy wyborze filamentu należy zwrócić uwagę czy nasza drukarka 3D posiada podgrzewany stół roboczy? Jeżeli nie, to wybór materiałów do druku 3D ograniczy się do PLA i wybranych kompozytów opartych o ten materiał. ABS i wiele innych materiałów wymaga użycia podgrzewania stołu roboczego, ponieważ bez tego wydruk będzie się od niego odklejał.
Cena
Nie warto ulegać pokusie zakupu bardzo taniego filamentu (np. w cenie 50,00 PLN za kilogramową szpulę). Takie filamenty mogą nie być tak wytrzymałe, zdarza się że są niejednorodne, co odbija się na jakości wydruku. Problemem może okazać się też niska adhezja warstw elementu. Ponadto, wątpliwej jakości filament może zapchać głowicę drukarki 3D.
Ilość potrzebnego materiału
Producenci posiadają różne wielkości szpul filamentów, poczynając od 0,5 kg, przez 0,75 lub 0,85 kg, kończąc na jedno lub kilkukilogramowych rolkach. Ilość potrzebnego materiału można oszacować za pomocą specjalnego oprogramowania do cięcia modeli. Pomoże ono także określić także czas trwania wydruku oraz ilość elementów podporowych i ich położenie.
Drażniące opary
Niektóre filamenty (np. ABS czy poliamidy – nylony) wydzielają bardzo drażniący zapach podczas przetapiania w głowicy. Podczas drukowania 3D z niektórych materiałów ulatniają się toksyczne związki, które są uwalniane do powietrza w pomieszczeniu. Aby zapobiec negatywnemu wpływowi wydzielanych oparów, należy wykonywać wydruki w odpowiednio klimatyzowanych pomieszczeniach, zwłaszcza jeśli drukujemy z materiałów takich jak ABS czy PA6.
Suszenie filamentu przed wydrukiem
Nie każdy pamięta o tym, że niektóre filamenty wymagają suszenia przed rozpoczęciem wydruku. Pierwszą sprawą jest właściwe przechowywanie filamentów. Materiały używane w druku 3D są higroskopijne, co oznacza że bardzo łatwo absorbują wilgoć z otoczenia, co skutkuje w niszczeniu filamentu. Tworzywa sztuczne zawierające włókna nylonowe, poliwęglanowe i kopoliestrowe są bardzo podatne na niszczące działanie wilgoci. Stają się wtedy kruche i bardziej podatne na pękanie, wymagają wyższej temperatury wytłaczania, a także tracą swoją wytrzymałość na rozciąganie. Aby materiał nie zawilgotniał należy go odpowiednio przechowywać, np. w torbach próżniowych lub zwykłych woreczkach strunowych z koralikami z żelu krzemionkowego.
Pomimo tego, niektóre filamenty, np. nylon (PA6) wymagają dodatkowego osuszania przed rozpoczęciem drukowania. Można to robić za pomocą domowych sposobów (za pomocą suszarki do grzybów lub w piekarniku-czego nie polecamy, ponieważ regulacja temperatury w piekarniku bywa niezbyt dokładna) lub używając profesjonalnych suszarek do filamentów. Do tego celu, da się też wykorzystać drukarkę 3D z podgrzewanym stołem roboczym. Należy ustawić jego temperaturę na 40℃, umieścić tekturę lub tekturowe pudełko na stole roboczym i położyć na nim szpulę. Niemniej jednak, w każdym przypadku należy zachować umiar i ostrożność, aby nie zniszczyć materiału.
Jak dopasować filament do drukarki 3D?
Oprócz dostosowania filamentu do naszych umiejętności, ważne jest, aby dobrać odpowiedni materiał do naszej drukarki 3D. Jeżeli jest to urządzenie amatorskie, bez podgrzewanego stołu roboczego i zamkniętej komory to odradzam wybór materiału ABS, który jest wymagającym filamentem. Do takich drukarek najlepiej nada się PLA, które jest łatwe w druku, zarówno od strony umiejętności użytkownika, jak i możliwości drukarki. Poniżej przedstawiam zestawienie ważnych parametrów, dla najpopularniejszych tworzyw sztucznych używanych w technologii addytywnej.
| Filament | PLA | ABS | PET-G | S-Flex® |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura dyszy | 185-215℃ | 230-255℃ | 230-255℃ | 200-230℃ |
| Temperatura stołu roboczego | 0-45℃ | 80-100℃ | 60-80℃ | 50-70℃ |
| Środki adhezyjne | niepotrzebne – materiał sam w sobie wykazuje dobrą adhzeję do stołu | zalecane – bez nich wydruk może się podwijać i odklejać od stołu | niepotrzebne – materiał sam w sobie wykazuje dobrą adhzeję do stołu | niepotrzebne – materiał sam w sobie wykazuje dobrą adhzeję do stołu |
| Chłodzenie (nawiew) w komorze roboczej | wymagane – inaczej wydruk może się podwijać | nie wymagane – max do 10% mocy | niskie – 10-15% mocy | niskie |
| Skurcz termiczny | niski | wysoki | niski | brak |
| Praca w wysokich temperaturach | nie | tak | tak | nie |
| Cechy charakterystyczne | – dobra adhezja warstw – dobre właściwości mechaniczne – możliwość uzyskania gładkiej powierzchni bocznej – utrudniona obróbka poprzez szlifowanie i wiercenie | – odporność temperaturowa – wysoka udarność i sztywność – wysoka wytrzymałość mechaniczna – obróbka poprzez szlifowanie, wiercenie i piłowanie | – wysoka odporność chemiczna – bardzo dobre właściwości mechaniczne, twardość i odporność na uderzenia – bezwonny – hydrofobowy – trwały i elastyczny – łączy zalety PLA i ABS | – do 500% wydłużenia przy zerwaniu -wysoka odporność na rozciąganie i rozdzieranie – odporność na oleje przemysłowe i chemikalia – brak skurczu i podwijania wydruku |
| Zastosowania | – projekty edukacyjne -prototypowanie – projektowanie i dekoracja wnętrz – wizualizacje koncepcji | – obudowy, osłony i inne części narażone na uderzenia i działanie wysokich temperatur – wzornictwo przemysłowe – funkcjonalne prototypowanie | -prototypowanie wizualne i funkcjonalne -modele koncepcyjne -oprzyrządowanie produkcyjne – produkcja półprzezroczystych obudów | – uszczelnienia o wysokiej odporności chemicznej – części funkcjonalne -elementy pełniące rolę pochłaniaczy energii – tuleje, tłumiki drgań i futerały ochronne |
| Uśredniona cena | 79,99 zł | 79,99 zł | 89,99 zł | 119,99 zł |
Jakie problemy mogę mieć podczas drukowania 3D?
Podwijanie się wydruku
Zjawisko podwijania się wydruku dotyczy zazwyczaj materiałów o wysokim skurczu (np. ABS). Może być spowodowane zbyt niską temperaturą stołu roboczego, dlatego podniesienie jego temperatury o 5-15℃ powinno rozwiązać problem. Innym rozwiązaniem jest włączenie opcji Brim lub Raft w oprogramowaniu, przed rozpoczęciem procesu druku 3D. Brim pozwala wykonać kilka lub kilkanaście dodatkowych pętli materiału wokół podstawy modelu, przeważnie na pierwszej warstwie. Takie działanie zwiększa przyleganie materiału do stołu roboczego. Raft polega na wykonaniu specjalnej podstawy na której zostanie wydrukowany model.
Co więcej, materiały o dużym skurczu mają tendencję do rozwarstwiania się, pękania, oraz podwijania. Jeżeli w trakcie druku wykorzystywany jest dodatkowy nadmuch, skutkujący w szybkim studzeniu materiału, wydruk może się podwijać lub pękać. Aby zminimalizować to zjawisko należy obudować komorę roboczą lub kupić drukarkę 3D z zamkniętą komorą roboczą, tak aby wydruk nie był narażony na zmienne warunki zewnętrzne.
Brak ekstruzji filamentu – zapchana dysza w głowicy drukującej
Kiedy w trakcie druku przestanie płynąć filament, może to być wina zapchanej dyszy w głowicy drukującej. Można zapobiegać blokowaniu się dysz, dbając o czystość drukarki 3D i używanego materiału lub korzystając z dobrych jakościowo filamentów. Jeśli jednak jest już po fakcie, a głowica jest zapchana możesz spróbować “uratować” ten element. W przypadku PLA sprawa jest relatywnie prosta: należy rozgrzać głowicę do temperatury o ok. 10℃ wyższej niż temperatura druku 3D. Następnie spróbuj wypchnąć materiał igłą o średnicy mniejszej, niż średnica dyszy. Jeżeli głowica została zapchana materiałem ABS można spróbować go rozpuścić chemicznie za pomocą acetonu. Zdemontuj zapchaną głowicę i umieść ją na kilka godzin w acetonie. W przeciwieństwie do PLA, w przypadku PET-G sprawa jest znacznie trudniejsza, gdyż materiał jest bardzo odporny na działanie chemikaliów. Można spróbować przepchać głowicę termicznie, ale jest to bardzo problematyczne.
Należy pamiętać, że filamenty świecące w ciemności, z włóknami szklanymi i węglowymi wymagają większego rozmiaru dyszy (ok. 5 mm). Niedostosowanie możliwości drukarki 3D do materiału może skutkować nagromadzeniem się wypełniacza tworzywa (np. włókien) i w związku z tym, może dojść do zatkania dyszy w głowicy drukującej. Co więcej wielokrotne zapychanie tego elementu może skończyć się deformacją wewnętrznej powierzchni dyszy, oddziałując na jej sprawność i skłonność do częstszych problemów z brakiem ekstruzji materiału.
Brak ekstruzji materiału- zaplątany filament lub jego brak
Nieprawidłowe przechowywanie materiału może skutkować w jego plątaniu się na rolce. O powadze sytuacji możemy się przekonać dopiero, gdy w trakcie wydruku, po odwinięciu kilku metrów materiału okazuje się, że nie możemy zrealizować do końca naszego projektu. Aby właściwie przechowywać materiał, należy wkładać końcówkę filamentu w otwory na rolce. Wtedy będziemy mieli pewność, że materiał się nie zaplącze, a nasz wydruk zostanie zrealizowany od początku do końca.
Inną sprawą jest brak filamentu. Ilość materiału potrzebną do zrealizowania wydruku oszacujemy za pomocą specjalnego slicera. Otrzymamy wtedy wiele ważnych informacji na temat procesu wydruku; czas trwania, czy ilość potrzebnego materiału.
Podpory
Warto pamiętać, że materiał podporowy trzeba będzie usunąć z wydruku. W przypadku nieskomplikowanych konstrukcji jest to dość proste, tak kiedy drukujemy elementy o złożonej geometrii sprawa się komplikuje. Tu warto się zastanowić czy będziemy w stanie usunąć podpory. Jeśli okaże się że będzie to niemożliwe, to można pomyśleć nad rozpuszczalnym materiałem podporowym, np. HIPS. Podpory z tego filamentu usuniemy stosując limonen, czyli specjalny rozpuszczalnik chemiczny. Po umieszczeniu wydruku w naczyniu wypełnionym limonenem, HIPS zmienia konsystencję i staje się łatwy do usunięcia. W temacie supportów warto też wspomnieć o tym, aby robić to delikatnie, gdyż usuwając podpory możemy uszkodzić wydruk.
Zatem jaki filament wybrać na początek?
PLA będzie najlepszym wyborem dla osób rozpoczynających przygodę z drukiem 3D. Polilaktyd to jeden z najpopularniejszych materiałów używanych w technologii FDM. Jest on mało wymagający, ma niską temperaturę druku, nie ulega mocnemu skurczowi (zwłaszcza przy małych wydrukach), co czyni go idealnym dla prostych wydruków, takich jak zabawki, czy opakowania. Kolejnym wyborem może być PET-G, dzięki któremu będziemy mogli rozpocząć naukę drukowania z materiałów wymagających podgrzewanego stołu roboczego. Dlatego też, będzie to doskonałe wprowadzenie do pracy z ABS, który jest znacznie trudniejszy w druku niż wyżej wymienione filamenty. Charakteryzuje go wysoki skurcz, wymaga podgrzewanego stołu roboczego, oraz zamkniętej komory. Co więcej, często pęka, odkształca się i odrywa od stołu roboczego. Dodatkowo, podczas druku 3D z ABS wydzielają się szkodliwe opary, dlatego z tym materiałem powinniśmy pracować w dobrze klimatyzowanych pomieszczeniach. Dla osób początkujących nie sprawdzą się materiały PA6, TPU i ASA, które wymagają specjalnych drukarek 3D i doświadczenia.
