W praktyce utrzymania ruchu trwałość elementu drukowanego w 3D rzadko oznacza wyłącznie wysoką wytrzymałość na rozciąganie. O przydatności elementu decyduje wśród wielu czynników udarność, odporność na zużycie, zmęczenie materiału, temperatura pracy, kontakt z mediami chemicznymi oraz stabilność wymiarowa w czasie. Dlatego pytanie „jaki filament jest najtrwalszy?” należy rozpatrywać w kontekście konkretnej aplikacji przemysłowej. W technologii FDM/FFF dostępne są dziś materiały, które skutecznie zastępują elementy wykonywane tradycyjnie z tworzyw technicznych, a w wybranych przypadkach nawet z metalu.
Z artykułu dowiesz się…
- jakie materiały do druku 3D FDM/FFF są uznawane za przemysłowe,
- czym w praktyce różnią się PLA, PETG i ABS w zastosowaniach UR,
- kiedy warto stosować filamenty kompozytowe wzmacniane włóknami,
- jakie właściwości oferują zaawansowane materiały Stratasys i UltiMaker,
- który filament można uznać za najtrwalszy w konkretnych warunkach pracy,
- dlaczego PETG ma tendencję do nitkowania i jak to interpretować.
Jakie są przemysłowe tworzywa do druku 3D w technologii FDM/FFF?
W środowisku przemysłowym materiały do druku 3D można podzielić na trzy grupy: standardowe, inżynierskie oraz wysokowydajne.
Do materiałów standardowych zalicza się PLA, PETG oraz ABS. Pełnią one głównie rolę materiałów referencyjnych i pomocniczych. Ich zastosowanie jest ograniczone do osłon, uchwytów montażowych lub elementów nienarażonych na obciążenia długotrwałe.
Materiały inżynierskie to przede wszystkim poliamidy (PA6, PA12) oraz ich modyfikacje. Charakteryzują się dobrą odpornością zmęczeniową, udarnością i stabilnością wymiarową. Szczególną kategorią są filamenty kompozytowe wzmacniane włóknem węglowym (CF) lub szklanym (GF), które znacząco zwiększają sztywność i odporność na pełzanie.
Dobrym przykładem jest UltiMaker Nylon CF Slide (https://ultimaker.com/materials/nylon-cf-slide/), materiał zaprojektowany do pracy w warunkach tarcia i zużycia, stosowany m.in. na prowadnice, ślizgi i elementy współpracujące.
Najwyższą klasę stanowią materiały wysokotemperaturowe Stratasys, takie jak ULTEM™ 9085 (PEI), ULTEM™ 1010 i Antero™ (PEKK). Podobnie zaklasyfikować można PEEK od Victrexu. Oferują one odporność temperaturową przekraczającą 150–250°C, wysoką odporność chemiczną oraz stabilność mechaniczną umożliwiającą ich stosowanie w przemyśle lotniczym, automotive i w produkcji oprzyrządowania.
Co jest lepsze: PLA czy PETG w zastosowaniach użytkowych?
PLA jest materiałem łatwym w druku i stabilnym wymiarowo, jednak z punktu widzenia utrzymania ruchu ma istotne ograniczenia. Niska temperatura zeszklenia (ok. 55–60°C) powoduje utratę sztywności nawet w umiarkowanie podwyższonej temperaturze. Dodatkowo PLA wykazuje kruchość i słabą odporność na obciążenia długotrwałe (np. warunki atmosferyczne).
PETG oferuje większą udarność i lepszą odporność chemiczną. Jest mniej kruchy i lepiej znosi kontakt z olejami czy wilgocią. Jednak jego odporność temperaturowa nadal pozostaje ograniczona (ok. 70–80°C), a podatność na pełzanie eliminuje go z bardziej wymagających zastosowań mechanicznych. PETG jest też sztywniejszy od PLA, co może okazać się kluczowe w wielu przypadkach przemysłowych.
W praktyce PETG może być stosowany jako materiał przejściowy, ale nie powinien być traktowany jako rozwiązanie trwałe dla elementów pracujących ciągle.
Co jest lepsze: ABS czy PLA?
ABS przez lata był podstawowym tworzywem przemysłowym w druku FDM/FFF. Oferuje wyższą odporność temperaturową i udarność niż PLA, co czyni go bardziej funkcjonalnym w środowisku produkcyjnym. Jednocześnie wymaga zamkniętej komory roboczej i kontroli skurczu, co zwiększa ryzyko problemów jakościowych.
Z perspektywy utrzymania ruchu ABS jest dziś coraz częściej wypierany przez nylon oraz materiały kompozytowe, które oferują lepszą odporność zmęczeniową i stabilność w długim okresie eksploatacji. PLA w tym porównaniu pozostaje materiałem stricte pomocniczym.
Jaki filament jest najtrwalszy w druku 3D FDM/FFF?
Nie istnieje jeden uniwersalnie „najtrwalszy” filament. Trwałość należy rozpatrywać w odniesieniu do dominującego rodzaju obciążenia.
W aplikacjach mechanicznych najlepsze rezultaty zapewniają filamenty kompozytowe PA CF i PA GF. Wzmocnienie włóknami znacząco ogranicza pełzanie i poprawia odporność na zużycie. Nylon CF Slide od UltiMaker dodatkowo oferuje niski współczynnik tarcia.
Dla środowisk wysokotemperaturowych i chemicznie agresywnych niezbędne są materiały klasy ULTEM™ lub Antero™. Ich trwałość wynika nie tylko z wytrzymałości mechanicznej, ale przede wszystkim z odporności na degradację w czasie.
W utrzymaniu ruchu najtrwalszym filamentem jest więc ten, który został dobrany do rzeczywistych warunków pracy elementu, a nie ten o najwyższych parametrach katalogowych.
Dlaczego PETG nitkuje podczas druku 3D?
PETG charakteryzuje się wysoką lepkością stopionego materiału i wolnym przejściem w stan stały. Powoduje to wypływanie tworzywa z dyszy podczas ruchów jałowych, czyli tzw. nitkowanie. Zjawisko to jest efektem właściwości reologicznych materiału, a nie błędem procesu.
Z punktu widzenia UR nitkowanie jest problemem estetycznym i montażowym, ale nie wpływa bezpośrednio na trwałość mechaniczną wydruku. W zastosowaniach przemysłowych często eliminuje się PETG na rzecz nylonów lub kompozytów, które oferują lepszą kontrolę jakości i wyższe parametry użytkowe.
FAQ
Najczęściej są to poliamidy wzmacniane włóknem węglowym lub szklanym.
Nie, ich przewaga ujawnia się przy obciążeniach długotrwałych i dynamicznych.
Tylko do elementów pomocniczych, nienarażonych na temperaturę i pełzanie.
ABS bez obciążeń, nylon oraz materiały ULTEM™, Antero™ i PEEK.
Tak, szczególnie odmiany dedykowane do zastosowań ślizgowych.
Nie, wymaga systemów przemysłowych z kontrolowaną komorą i głowicą nagrzewającą się do około 400°C.
Należy uwzględnić pełzanie, temperaturę i cykle obciążeniowe.
Tak, zwłaszcza przy redukcji przestojów i czasu dostawy części.
Podsumowanie
Dobór najtrwalszego filamentu do druku 3D FDM/FFF zawsze powinien być oparty na analizie warunków pracy części, a nie wyłącznie na parametrach katalogowych. W tym kontekście warto sięgnąć po sprawdzone materiały edukacyjne CADXPERT i wykorzystać je jako wsparcie decyzyjne.
Szczególnie pomocne są artykuły z bazy wiedzy CADXPERT:
- UltiMaker S8 i materiał Nylon CF Slide – nowości w druku 3D od UltiMaker,
- Ranking: 3 najbardziej wytrzymałe materiały do druku 3D w technologii FDM.
Case studies wykorzystania trwałych materiałów FDM
Zajrzyj do przykładów wdrożeń – np. lekkie narzędzia i oprzyrządowanie drukowane w technologii FDM w BMW AG, gdzie elementy z tworzyw technicznych i kompozytowych zastąpiły części obrabiane skrawaniem, skracając czas przygotowania produkcji i zwiększając ergonomię pracy.
Inny przykład to technologia FDM w lotnictwie – obudowy z ULTEM™ w Kelly Manufacturing, gdzie zastosowanie materiałów wysokotemperaturowych Stratasys umożliwiło produkcję trwałych, certyfikowalnych elementów użytkowych.
Case study Kelly Manufacturing
Stratasys prezentuje również wdrożenie w branży automotive, w którym Subaru wykorzystało system F770 do produkcji trwałego oprzyrządowania, redukując koszty i czas realizacji narzędzi produkcyjnych.
Z kolei UltiMaker opisuje zastosowanie druku 3D w PepsiCo, gdzie drukowane narzędzia i elementy pomocnicze poprawiły ergonomię, bezpieczeństwo oraz dostępność części na liniach produkcyjnych.
Kluczowe wnioski
- Najtrwalszy filament to materiał dobrany do rzeczywistych obciążeń mechanicznych, temperaturowych i środowiskowych.
- Filamenty kompozytowe PA CF i PA GF stanowią optymalny wybór dla większości zastosowań UR.
- Materiały klasy ULTEM™ i Antero™ są przeznaczone do aplikacji krytycznych i wysokotemperaturowych.
- PLA i PETG nie powinny być traktowane jako materiały trwałe w zastosowaniach przemysłowych.
Udostępniamy dla Ciebie również bazę materiałów do druku 3D, która umożliwia szybkie porównanie filamentów Stratasys i UltiMaker pod kątem parametrów użytkowych i wymagań sprzętowych.
Skontaktuj się ze specjalistami CADXPERT
Konsultanci druku 3D CADXPERT wspierają firmy produkcyjne w doborze materiałów i technologii druku 3D. Na podstawie doświadczenia wdrożeniowego, analizy aplikacji oraz konkretnych wymagań technicznych pomagamy dobrać odpowiedni filament, policzyć ROI oraz wdrożyć druk 3D jako narzędzie utrzymania ruchu czy produkcji.
Zapytaj, „w czym wydrukujemy” Twój element!
Prześlij formularz, nasz konsultant skontaktuje się z tobą w ciągu 30 minut
