Czy drukowane elementy mogą zastąpić części z metalu? Tak, o ile zastosujemy do druku wysoko wytrzymałe, konstrukcyjne tworzywa. Jakie są najmocniejsze materiały w technologii FDM? Czego potrzebujemy, żeby móc z nich korzystać?
Druk 3D wielu osobom kojarzy się z plastikowymi modelami o niskiej wytrzymałości i niewielkiej funkcjonalności. Warto jednak wiedzieć, że produkcja addytywna oferuje znacznie więcej możliwości niż tylko druk wazonów i uchwytów na telefon do robienia selfie. Zapraszamy do zapoznania się z naszym rankingiem najbardziej wytrzymałych materiałów termoplastycznych do druku 3D w technologii FDM.
Podstawowe materiały do prototypowania
Najczęściej przetwarzane materiały do druku 3D w technologii FDM to PLA, ABS, PET-G. Są to najbardziej dostępne, ekonomiczne i uniwersalne tworzywa, z których możemy wykonać proste modele lub wersje prototypowe. Filamenty tego typu zazwyczaj nie wymagają specjalistycznych warunków do wytwarzania, są łatwe w druku i nie nastręczają wielu problemów, z którymi nie poradzilibyśmy sobie nawet w domowych warunkach. Są one również obsługiwane przez większość dostępnych na rynku drukarek 3D.
Pomyśleliśmy, że przyda ci się nasz poradnik
Porównujemy w nim drukarki, żeby ułatwić ci podjęcie decyzji
o wdrożeniu druku 3D dopasowanego do twojej firmy.
Z myślą o tym stworzyliśmy “Porównanie drukarek 3D. Uniwersalny przewodnik użytkownika”.
Nasz przewodnik pomoże ci w procesie decyzyjnym. To użyteczny materiał, który będziesz mógł przedstawić na zarządzie lub przed komitetem zakupowym. Pomaga ocenić technologie i drukarki 3D pod względem szeregu przydatnych kryteriów.
Co znajdę w poradniku?
- Opisy cech charakterystycznych technologii druku 3D.
- Porównanie drukarek 3D różnych producentów według segmentów rynku.
- Porównanie technologii druku 3D.
- Case study zakupu drukarki 3D.
Czy tworzywa do druku 3D mogą zastąpić metalowe części?
Jeśli jednak potrzebujemy wykonać bardziej funkcjonalne modele, narzędzia produkcyjne lub części zamienne, wtedy lepiej skorzystać z inżynieryjnych, wytrzymałych materiałów. Tworzywa te mogą być równie wytrzymałe co metalowe części, ale przy niższej wadze danego elementu. Aby uzyskać wysoką wytrzymałość części, musimy użyć metalu o dużej gęstości, co równa się wysokiej masie. W przypadku specjalistycznych filamentów możemy uzyskać porównywalną wytrzymałość, udarność i sztywność przy znacznie niższej gęstości materiału. Co za tym idzie, drukujemy mocną część, ale dużo lżejszą. Ponadto możemy zaprojektować wewnętrzną strukturę, np. w postaci plastra miodu, która wzmocni element, ale zmniejszy jego ciężar. Jest to bardzo istotne w przypadku narzędzi produkcyjnych lub montażowych obsługiwanych przez człowieka.
Niektóre tworzywa do druku 3D posiadają właściwości (oprócz wysokiej wytrzymałości), które pozwalają im zastępować metalowe części. Materiały te mogą charakteryzować się odpornością na silne chemikalia i smary lub mogą być certyfikowane pod kątem niepalności.
Ranking najmocniejszych materiałów do druku 3D FDM
Nylon z włóknem węglowym
Włókna węglowe stosuje się do wzmacniania tworzyw sztucznych. Materiały kompozytowe domieszkowane włóknem węglowym mają doskonałe właściwości mechaniczne, są bardziej sztywne i udarne, cechują się wyższą wytrzymałością zmęczeniową. Ze względu na niską gęstość włókien węglowych możemy uzyskać te wszystkie właściwości przy niskiej masie produktu.
Do druku 3D używa się najczęściej nylonu wzmacnianego włóknem węglowym, choć domieszkowane mogą być także inne tworzywa, takie jak ABS czy PET G. Wytrzymałość wydruków wykonanych z tego materiału zależy od procentowego udziału włókna węglowego w masie tworzywa.
MakerBot Nylon Carbon Fiber
Zawartość włókna węglowego = 10%
Fiberlogy NYLON PA12+CF15
Zawartość włókna węglowego = 15%
Stratasys Nylon Carbon Fiber
Zawartość włókna węglowego = 35%
Warto również zwrócić uwagę, że tworzywo domieszkowane włóknem węglowym jest trudne w druku i wymaga specjalnych warunków. Temperatura druku powinna wynosić ok. 255-270°C, zalecana jest zamykana, podgrzewana komora robocza oraz ekstruder o wzmocnionej konstrukcji.
Zastosowania:
- Narzędzia i przyrządy produkcyjne (uchwyty, zaczepy, gniazda montażowe)
- Przyrządy do kontroli jakości (sprawdziany, szablony)
- Elementy ram rowerowych
- Części zamienne do maszyn
Dostępność na drukarkach 3D:
Stratasys Fortus 450mc
Stratasys F900
Tworzywo typu PEI, czyli Stratasys Ultem 9085
Polieteroimidy to tworzywa termoplastyczne o dużej sztywności i wytrzymałości mechanicznej. Materiał cechuje się również odpornością na działanie środków chemicznych i stabilnością pod wpływem wysokiej temperatury. Elementy z tworzywa typu PEI wykazują doskonałą wytrzymałość na rozciąganie przy niskiej wadze detalu. W technologii druku 3D mamy do dyspozycji materiał tego rodzaju, a jest nim Stratasys Ultem 8085 obsługiwany przez przemysłowe systemy Fortus 450mc oraz F900 (dawniej Fortus 900mc).
Stratays Ultem 9085 został przetestowany i certyfikowany pod kątem niepalności. Materiał do druku 3D spełnia kryteria normy EN–45545-2 i może być stosowany w przemyśle kolejowym do produkcji elementów montowanych w wagonach i lokomotywach. Wydruki z Ultem 9085 poddano testom Flame, Smoke, and Toxicity (FST).
Materiał Stratays Ultem 9085 posiada klasę palności zgodnie z UL 94 V-0. Jest to najbardziej wymagający test na próbce zawieszonej pionowo. To oznacza, że:
A) Żadna z pięciu badanych próbek po usunięciu palnika nie wykazuje tworzenia się płomienia przez czas dłuższy niż 10 sekund.
B) Całkowity czas palenia w 10 próbach zapalenia nie przekroczył 50 sekund.
C) Żadna z badanych próbek nie paliła się ani nie żarzyła do miejsca zamocowania.
D) Od żadnej z badanych próbek nie odrywały się i nie spadały palące się kawałki, powodując zapalenie się bawełny znajdującej się pod próbką.
E) Dla każdej próbki czas żarzenia się nie przekroczył 30 sekund.
Materiał Ultem 9085 jest wykorzystywany w branży pojazdów szynowych, w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, do produkcji elementów wyposażenia autobusów i pojazdów komunikacji publicznej, a nawet w kosmonautyce.
Dostępność na drukarkach 3D:
Stratasys Fortus 450mc
Stratasys F900
Tworzywo typu PEKK, czyli Stratasys Antero 800NA
Półkrystaliczne materiały PEEK (polieteroeteroketon) oraz PEKK (polieteroketonketon) to konstrukcyjne tworzywa z rodziny PAEK. Są to wyjątkowo wytrzymałe, sztywne oraz odporne na chemikalia i wysoką temperaturę materiały.
Materiał PEKK wolniej podlega krystalizacji w porównaniu do PEEK, w związku z czym jest bardziej stabilny w procesie druku 3D. Przykładem tworzywa PEKK w druku 3D jest Stratasys Antero 800NA.
- Odporność temperaturowa (HDT przy obciążeniu 66 psi) wynosi 150 °C
- Temperatura topnienia wynosi 300 °C
- Temperatura komory roboczej podczas druku 3D osiąga 180 °C
Materiał został przetestowany pod kątem palności, gęstości dymu i wydzielania toksycznych substancji (Flame, Smoke, and Toxicity).
Materiał Antero 800NA cechuje się najwyższą odpornością na działanie środków chemicznych wśród materiałów dostępnych w technologii przyrostowej. Zachowuje wysoką wytrzymałość nawet od wpływem roztworu kwasu siarkowego, kwasu azotowego lub roztworu zasadowego NaOH.
Odporność chemiczna i minimalne odgazowanie są niezbędne w zastosowaniach lotniczych, gdzie elementy mają kontakt z paliwem lotniczym, olejami i innymi płynami hydraulicznymi.
Dostępność na drukarkach 3D:
Stratasys Fortus 450mc
Stratasys F900
Podsumowanie
Materiały takie jak Nylon Carbon Fiber, Ultem 9085 czy Antero 800NA to specjalistyczne, wysokowytrzymałe tworzywa, które mogą być wykorzystywane nie tylko w prototypowaniu, ale także w produkcji elementów montowanych w pojazdach czy samolotach. Ze względu na wysoką wytrzymałość w stosunku do gęstości możemy uzyskać porównywalną wytrzymałość do elementu stalowego lub aluminiowego, ale przy znacznie obniżonej masie.
Prześlij formularz, nasz konsultant skontaktuje się z tobą w ciągu 15 minut
