Виды материалов для печати

Рекомендации по выбору материала для 3D печати

Вначале нужно определиться с тем, что вы хотите получить и каково будет назначение изделия.

1. Выбор материала

Исходя из назначения модели выбирают материал для печати.

Материалы имеют различные свойства (прочность, прозрачность, гибкость и т.д.),

которые необходимо учитывать при выборе.

Например, пластик ABS прочен и упруг, но не может использоваться в пищевой промышленности. PLA (природный пластик, делается из крахмала) экологичен, но более хрупок и не так упруг (при необходимости, его может заменить PP, который применяется в качестве пищевого пластика).А если требуется высокая прочность, то предпочтительнее нейлон или карбон.

Когда необходим материал с хорошей светопропускающей способностью, можно использовать пластик Watson, а если нужна практически полная прозрачность - фотополимер, который позволяет печатать очень мелкие детали, однако хрупок.

Если требуется изделие из металла, то либо используется SLM печать (лазерное спекание металла), либо литье в формы. В последнем случае материалом мастер-модели (модели, которую помещают в форму из специальной глины и нагревают в печи) выступает выжигаемый фотополимер или воск.

При запросе на литую или серийную деталь на основе мастер-модели изготавливают силиконовую форму, в которую потом заливают полиуретан или пластик.

Гипсополимер применяется для многоцветной 3d печати, а полиамид выступает аналогом популярных пластиков, позволяя обходиться без поддержек и обеспечивая высокое качество печати.

2.Выбор вида печати

Ели сразу несколько материалов удовлетворяют вашим требованиям или имеются   особые пожелания (цена, качество, многоцветность, возможность обработки), то нужно исходить из выбора метода (вида) 3D печати.

Различные виды 3D печати имеют свои достоинства, недостатки и ограничения ввиду способа печати, конструктивных особенностей, цены принтеров и материалов.

Если требуется полноцветная печать, смотрим в сторону CJP печати.

При CJP (гипсополимерной) печати сыпучий полимер склеивается, соответственно материал для нее может быть только хрупкий гипс, но печать получается многоцветной.

Достоинства:

  • многоцветность;
  • хорошая детализация

Недостатки

  • хрупкость;
  • высокая стоимость;
  • малая распространённость данного вида печати

Если нужна высокая детализация, обращаем внимание на SLA (DLP) и SLS печать.

В SLA печати принцип работы заключается в кристаллизации (затвердевании) фотополимера под воздействием света. Метод SLA дает возможность выполнять миниатюрные детали с отличной детализацией, что позволяет использовать эту печать в ювелирном деле.

Достоинства:

  • отличная детализация;
  • печать прозрачных деталей;
  • широкая распространённость.

Недостатки:

  • относительно высокая цена;
  • хрупкость материала;
  • негативное воздействие на готовую модель прямых солнечных лучей (помутнение, растрескивание);
  • малая область печати;
  • высокий расход материала;
  • необходимость построения поддержек при печати;
  • длительное время печати.

При SLS сыпучий полиамид разравнивается и спекается лазером, слой за слоем. Такой вид печати позволяет создавать изделия с высокой детализацией и без видимых слоев (как в FDM), при этом неиспользованный материал выступает поддержкой для модели и может повторно применяться в последующей печати.

Достоинства:

  • прочность материала;
  • высокая детализация;
  • нет необходимости использовать поддержки при печати

Недостатки:

  • высокая цена;
  • низкая распространённость.

Если высокой детализации не требуется, вам подойдет FDM печать.

В основе метода FDM лежит следующий принцип: пластик расплавляется и, слой за слоем, наносится на поверхность стола и предыдущие слои.

Достоинства:

  • низкая цена;
  • разнообразие пластиков с разными свойствами;
  • печать популярными видами пластика;
  • высокая распространённость.

Недостатки:

  • невысокая детализация
  • видимые слои печати
  • непрозрачность деталей

3.Выбор по размеру

Теперь необходимо определиться с тем, какими размерами должна обладать модель для печати на 3D принтере.

Сначала нужно посмотреть размеры модели в целом и размеры ее частей.  Например, для FDM печати подойдет модель с нижеуказанными параметрами:

  • размеры более 20-30 мм;
  • толщина не менее 1-2 мм;
  • размеры частей не менее 5-10 мм;
  • не требуется ювелирная точность и детализация.

Причины ограничений:

  • cлайсер (программа подготовки к печати) не сможет  качественно и детально "прорисовать" все детали;
  • механика и прошивка FDM принтера не предназначены для печати мелких деталей,
  • так как деталь наращивается снизу-вверх и мелкие нависающие части будут "гулять" и либо отпадут, либо напечатаются со сдвигом.
  • части детали, особенно тонкие, будут хрупкими и могут сломаться даже при снятии детали со стола.
  • так как в основе FDM - послойное наплавление, поверхность будет неоднородной.

4. Выбор пластика для FDM

.

Если 3D модель удовлетворяет перечисленным ранее критериям, определиться с конкретным пластиком (или другим материалом) поможет приведенная ниже таблица, в которой представлены все самые популярные виды материалов, их физические свойства и особенности.

Как правило, для печати деталей механизмов (шестеренок, корпусов и т.п.) лучше применять ABS пластик, а для сувениров, статуэток, кулинарных приспособлений, игрушек и т.д. – экологичный PLA.

А если требуются какие-либо другие требования к пластику, то с характеристиками ознакомьтесь в таблице ниже.

Таблица характеристик материала

В таблице представлены основные характеристики и свойства материалов, которыми мы печатаем.

Название Расшифровка Особенности Тип печати Минимальная толщина слоя, мкм Точность, % Плотность, г/см3 Предел прочности на разрыв, МПа Модуль упругости  при растяжении, МПа Модуль упругости при изгибе, МПа Удлинение при разрыве, % Влагопоглощение, % Температура плавления, °С
ABS Акрилонитрилбутадиенстирол Ударопрочный аморфный материал. Отличительные свойства: теплостойкость 100 градусов, выдерживает низкие температуры до -40 градусов, дает блестящую поверхность, имеет хорошую химическую стойкость, стоек к щелочам и смазочным маслам, характеризуется пониженными электроизоляционными свойствами, нестоек к УФ-излучению. Растворяется в ацетоне. Применяется в деталях, подвергающихся механической нагрузки( шестерни, корпуса, кнопки) FDM 50 ± 2 1,05 30 1627 2300 21 0,2-0,4 220-260
PLA Полилактид Подходит для производства экологически безопасной упаковки и др. продукции: одноразовая посуда, средства личной гигиеныи пр. Широко применяется в медицине. Изделия  имеют гладкую поверхность, поэтому материал подходит для создния подвижных деталей FDM 50 ± 2 1,25 57,8 3300 3800 4,4 0,5-50 173-178
Carbon Нейлон с добавлением углеродных волокон Прочный материал, стойкий к истиранию, а за счет добавления углерода снижена или почти отсутствует усадка. FDM 50 ± 3 1,24 85 5160 5160 26 0,1 240-260
HIPS Ударопрочный полистирол Основное преимущество HIPS над ABS пластиком, это его прекрасные электроизоляционные свойства, >1кВт. Сочетание ABS и HIPS позволяет создавать сложные конструкций, которые невозможно напечатать без материала поддержки. Материал биологически разлагаемый, не растворяется в воде. Температура эксплуатации -40...70 °C. Прочный и устойчивый к химии материал FDM 50 ± 2 1,05 62 2280 2000 65 0,1 140-170
Watson (SBS) Cтирол бутадиен сополимер Прочный, пластичный и термостойкий
пластик. Самый популярный пластик для прототипирования, создания светопропускающих
изделий. Благодаря упругости может применяться в деталях, подвергающихся механической нагрузке.
FDM 50 ± 2 1,01 22 1300 1500 260 0,1 220-240
PP Полипропилен Пластический материал, отличающийся высокой прочностью при ударе и многократном изгибе, износостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами в широком диапазоне температур, высокой химической стойкостью, низкой паро- и газопроницаемостью. В тонких пленках практически прозрачен. Стоек к кислотам, щелочам, растворам солей, минеральным и растительным маслам при высоких температурах. Растворяется  при повышенных температурах в сильных растворителях. FDM 50 ± 2 0,9 21 900 800 15 1 160-170
Relax PET-G Прозрачный пластик на основе PET-G для очень прочной  печати. Отлично подойдет для крупногабаритных изделий, благодаря высокой адгезии между слоями даже тонкостенные модели имеют впечатляющую прочность. материал характеризуется очень высокой ударопрочностью и широким температурном диапазоном применения (от -40°С до +70°С), высокой прозрачностью, хорошей стойкостью к воздействию жиров и минеральных кислот. FDM 50 ± 2 1,3 55 1730 2060 228 0,12 222-225
Flex Термоэластопласт Специальный гибкий  материал, по свойствам похожий на твердый силикон. Упругий и приятный на ощупь. Этот материал позволяет печатать все:  от игрушек, кос-плей масок и мягких тапочек до элементов суставов, кнопок и специальных пневматических патрубков сложной формы.
Не поддается механической обработке и поэтому обладает высокой износостойкостью. Склеивается при помощи синтетических каучуков или с помощью паяльного фена.
FDM 50 ± 2 1.1 17,5 63 -73 600 0,04 200-210
Нейлон Полиамид Стойкий к истиранию полимер, выполненный на базе полиамида. Материал с превосходной термической, химической и гидролизной стойкостью. Широкий диапазон рабочих температур (от -60°С до +90°С) позволяет материалу работать в высоконагруженных механизмах. Материал с повышенной термостойкостью и стойкостью к истиранию. Устойчив к действию спиртов, щелочей, масел и бензина. FDM 50 ± 2 1,15 48 - 1800 5 0,5-50 220-250
Фотополимер Фотополимерная  смола Этот материал имеет высокую прочность и хорошо подходят для создания высокоточных функциональных прототипов. С помощью фотополимерных изделий можно создавать силиконовые формы для отливки пластиком под давлением. SLA 15 ± 0.01 1,02 42,4 1463 49 19,7 1,1 - 1,5 % 300
Полиамид Полиамид Прочный пластик c высокой жесткостью, стойкий к химическим воздействиям. Технология лазерного спекания порошка не требует создание поддержек для деталей, в связи с чем не требуется постобработка. Применяется для создания полностью функциональных пластиковых деталей SLS 100 ± 2 0.85 48 - 1700 5 0,5-50 182
Гипсополимер Гипс Материал, по свойствам сильно напоминающий гипс. Единственный вариант для полноцветной печати - цветная текстура может иметь до 400 000 оттенков. Гипсополимер - достаточно хрупкий материал, противопоказаны контакты с водой. CJP 100 ± 0,3 2,3 57,8 24-28 43 4,4 0,5-50 173-178