Lựa chọn vật liệu cho máy in 3D

Công nghệ in FDM là một trong những quy trình in 3D được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường hiện nay, với lý do giao diện và chức năng thân thiện, dễ sử dụng, khả năng tiếp cận và hiệu suất của mang lại cao. Công nghệ in FDM tương thích với nhiều loại nhựa nhiệt dẻo, tức là các vật liệu có thể được làm mềm dưới tác dụng của nhiệt nhưng sẽ trở lại hình dạng ban đầu khi chúng nguội đi. Để các loại nhựa được ép đùn bởi máy in 3D, những nhựa nhiệt dẻo ngày được làm nóng chảy và đùn qua đầu in để chuyển thành một sợi rất nhỏ (gần giống sợi tóc). Ngày nay, hầu hết các loại nhựa trong ngành công nghiệp đều có thể trải qua quá trình biến đổi này. Nhưng làm thế nào để bạn chọn nguyên liệu cho máy in 3D của bạn? Những đặc điểm nào cần được tính đến?

Trước khi chuyển sang các loại sợi khác nhau tồn tại trong thị trường in 3D, điều quan trọng là phải hiểu cách phân loại nhựa, hiểu rõ hơn về các vật liệu có sẵn và đặc tính của chúng. Ngày nay, có cái gọi là chất dẻo vô định hình hoặc bán tinh thể: những tính từ này xác định cấu trúc giữa các phân tử của polyme, dựa trên cách chúng phản ứng khi chúng đông đặc lại sau khi phản ứng tổng hợp. Cụ thể, các chuỗi nhựa vô định hình sẽ bị quấn vào nhau và kết dính trong giai đoạn đông đặc. Ngược lại, các chuỗi nhựa bán tinh thể sẽ tự tổ chức và sắp xếp tương quan với nhau. Từ điều này sẽ dẫn đến các thuộc tính khác nhau; Ví dụ, vật liệu vô định hình thường trong suốt hơn và có độ ổn định kích thước thấp hơn. Cuối cùng, một điểm quan trọng khác là nhiệt độ nóng chảy: nhựa tiêu chuẩn sẽ có nhiệt độ thấp hơn so với các vật liệu kỹ thuật được gọi là. Mặt khác, polyme hiệu suất cao yêu cầu quản lý nhiệt tiên tiến hơn, với nhiệt độ nóng chảy gần 572 ° F (300 ° C).

SỢI MÁY IN 3D TIÊU CHUẨN

PLA

PLA, hay axit polylactic, là một vật liệu bán tinh thể có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên tái tạo - thường là tinh bột ngô. Không giống như hầu hết các loại nhựa từ ngành dầu khí, PLA được coi là xanh hơn vì nó có thể phân hủy sinh học trong các điều kiện thích hợp. Nó rất dễ sử dụng, đó là lý do tại sao nó rất phổ biến trên thị trường in 3D. Phù hợp với ngành thực phẩm, vì nhiệt độ đùn của nó thường là 180 ° C. Nó có độ ổn định hình học tốt và thường không bị cong vênh. Nó chủ yếu được sử dụng để tạo mẫu, dụng cụ, các bộ phận trang trí hoặc trong lĩnh vực y tế. PLA có nhiều màu sắc và thường được sử dụng làm ma trận cho vật liệu composite.

Polypropylene

PP là một trong những vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành ép nhựa, được biết đến với đặc tính nhẹ, chịu được hóa chất, chống mỏi và cách điện tốt. Nó cũng được tìm thấy ở dạng dây tóc cho máy in 3D, mang lại khả năng chống va đập tốt, độ kín khí và bán cứng. Tuy nhiên, lưu ý rằng nó khá khó in vì nó không dính vào tấm. Nó có điểm nóng chảy rất chính xác và yêu cầu quản lý nhiệt tuyệt vời. Về ứng dụng, PP filament được sử dụng tốt nhất để đóng gói, kẹp và buộc, hộp đựng chất lỏng, v.v.

ABS, một loại vật liệu dùng phổ biến trong ngành in 3D

Lần này chúng ta chuyển sang cấu trúc vô định hình: ABS là một loại vật liệu sợi được biết đến với khả năng chống lại các cú sốc nhiệt độ thấp và độ nhẹ của nó. Trong in 3D, nó có thể bị cong vênh, đòi hỏi phải sử dụng một tấm gia nhiệt. Các đặc tính của nó khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng để sản xuất các nguyên mẫu chức năng, các bộ phận dụng cụ thường được trưng cầu hoặc sản xuất khuôn mẫu. ABS vẫn là vật liệu dành cho máy in 3D vì giá cả phải chăng, với nhiều lựa chọn.

Nylon

Nylon, còn được gọi là polyamide (PA), phổ biến hơn trong thị trường công nghệ in 3D ở dạng bột dành cho công nghệ SLS. Tuy nhiên, nó có thể được tìm thấy ở dạng sợi, có sẵn 6 nguyên tử cacbon, do đó gọi là PA6. Loại thứ hai tương tự như ABS, cũng yêu cầu một tấm nóng vì độ bám dính của nó không phải là tốt nhất. PA6 được biết đến với khả năng chống va đập và mài mòn cũng như tính linh hoạt của nó. Nó có tuổi thọ khá cao, lý tưởng cho việc sản xuất các bộ phận như bản lề, linh kiện máy và dụng cụ. Nó có thể được gia cố bằng carbon hoặc sợi thủy tinh. Lưu ý rằng nylon là chất liệu hút ẩm nên việc bảo quản ở nơi khô ráo là rất quan trọng.

PET, Một loại sợi kỹ thuật phổ biến dùng trong công nghệ in 3D

PET là một vật liệu nổi tiếng trong ngành công nghiệp sản xuất chai nhựa ngày nay. Trong in 3D, nó được biết đến nhiều nhất ở dạng PETG, tức là, với việc bổ sung glycol để giảm độ giòn của nó. Nó chủ yếu được biết đến với tính trong suốt và khả năng tương thích với thực phẩm. Ví dụ, nhiều gói và hộp đựng được in bằng PETG. Nó là một thay thế tốt cho PLA hoặc ABS.

POM

Polyoxymethylene, hoặc POM, là một vật liệu bán tinh thể ngày càng trở nên phổ biến trong in 3D. Nó có tính chất hóa học tuyệt vời, chịu nhiệt, va đập và mài mòn và có đặc tính trượt tốt. POM có thể được sử dụng để in 3D nhiều ứng dụng khác nhau như khóa ba lô, linh kiện cần chịu nhiệt theo thời gian, hoặc bánh răng. Tuy nhiên, nó là một dạng sợi vẫn khá khó in vì nó yêu cầu quản lý nhiệt tốt - trục lăn, máy đùn và buồng. Cũng lưu ý rằng có rất ít nhà sản xuất loại vật liệu này dành cho máy in 3D so với các vật liệu như PLA hoặc ABS.

Polycarbonate

Polycarbonate (PC) chủ yếu được sử dụng vì độ cứng và độ trong suốt của nó. Nó không phải là một loại nhựa nhiệt dẻo dễ in vì nó đòi hỏi nhiệt độ đùn cao hơn và một tấm đế gia nhiệt. Nó đặc biệt phổ biến trong ngành công nghiệp quang học vì nó ít đặc hơn thủy tinh và có thể chịu được nhiệt độ từ -238 ° F đến 284 ° F (-150 ° C đến 140 ° C). Thông thường, màn hình bảo vệ hoặc các bộ phận quang học có thể được in 3D bằng polycarbonate. Trong mọi trường hợp, vật liệu này đang ngày càng trở nên phổ biến trong các loại sản phẩm được cung cấp bởi các nhà sản xuất trong lĩnh vực này.

High performance thermoplastics (HPP)

Loại polyme cuối cùng này được biết là có yêu cầu cao hơn: nhựa nhiệt dẻo trong đó yêu cầu nhiệt độ nóng chảy cao và có các đặc điểm gần với đặc tính của một số kim loại nhất định. Trong công nghệ in 3D, đây là những sợi vật liệu sẽ cần nhiệt độ đùn cao, tấm gia nhiệt và vỏ bọc kín. Quản lý nhiệt là rất quan trọng đối với loại vật liệu này.

Semi-crystalline HPPs

PEEK có lẽ là vật liệu máy in 3D phổ biến nhất trong danh mục này. Thuộc họ PAEK, nó yêu cầu nhiệt độ đùn khoảng 752 ° F (400 ° C), tấm có thể đạt 446 ° F (230 ° C) và vỏ bọc được làm nóng đến 248 ° F (120 ° C). PEEK được biết đến với tỷ lệ trọng lượng / sức bền và có thể chịu được nhiệt độ cao. Nó có thể được khử trùng, điều này làm cho nó trở thành vật liệu được lựa chọn để in các bộ phận cấy ghép tùy chỉnh. Nó là một vật liệu dành cho các máy in 3D vẫn đòi hỏi sự khắt khe, đòi hỏi sự thành thạo nhất định đối với quy trình in 3D và vẫn khá đắt tiền. PPS cũng là một loại nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể hiệu suất cao, được biết đến với tính chất cơ học và bền hóa học. Nó chủ yếu được sử dụng trong các ngành công nghiệp ô tô, dầu khí và điện tử. Nhiệt độ đùn của nó là hơn khoảng 572 ° F (300 ° C); nó cũng yêu cầu một tấm đế sưởi và một buồng kín.

Amorphous high temperature filaments

Trong danh mục này, đầu tiên chúng ta có thể kể đến PEI, một vật liệu dành cho máy in 3D hiện được SABIC đưa ra thị trường với thương hiệu ULTEM. PEI thì Ít tốn kém hơn PEEK, nó đáp ứng các tiêu chuẩn về lửa / khói, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho lĩnh vực hàng không vũ trụ. PEI cũng có khả năng chống lại chất lỏng ô tô, hydrocacbon, rượu và dung dịch nước. Nó có thể được khử trùng và tương thích với ngành thực phẩm. Cuối cùng, chúng ta không thể quên họ sulfon, đặc biệt là PPSU và PSU. Đây là những chất dẻo nhiệt rất hấp dẫn về đặc tính nhiệt và đặc tính lửa / khói. Chúng cũng có đặc tính cách điện và điện dung môi tốt. Chúng là vật liệu phổ biến trong ngành giao thông vận tải, bao gồm đường sắt, hàng không vũ trụ và ô tô.

Composite and flexible 3D printer filaments

Cuối cùng, phải kể đến vật liệu tổng hợp và vật liệu đàn hồi. Vật liệu tổng hợp là vật liệu bao gồm hỗn hợp - PLA, nylon, polycarbonate, v.v. - và được gia cố bằng sợi, thường là carbon. Cũng có thể sử dụng thủy tinh, aramid, v.v. Những điều này sẽ làm tăng độ bền của vật liệu trong khi tối ưu hóa trọng lượng của nó. Cuối cùng, các sợi đàn hồi như TPU là một phần của việc cung cấp vật liệu FDM. Đây là những vật liệu dẻo được biết đến với khả năng chống mài mòn và va đập. Nó đặc biệt được thu hút trong việc sản xuất kẹp hoặc đế chỉnh hình. Tuy nhiên, chúng nhạy cảm với nhiệt độ cao.