Twardy orzech do zgryzienia
Nylon jest syntetycznym polimerem utworzonym z poliamidów, które są polimerami połączonymi wiązaniami amidowymi. Jeśli chodzi o druk 3D, nylon jest często uważany za materiał “zaawansowany”, ponieważ drukowanie wymaga pewnych umiejętności i specjalistycznych maszyn. Nylon może być drukowany 3D zarówno z proszku jak i z filamentu.
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE
Pomimo tego, że druk 3D jest nieco trudny, wysiłek ten jest wynagradzany przez właściwości materiału. Nylon jest popularnym wyborem w przemysłowym druku 3D, ponieważ jest mocny, wytrzymały i odporny na ścieranie. Jeśli zostanie wydrukowany wystarczająco cienki, może zapewnić przyzwoitą elastyczność przy zachowaniu wytrzymałości.
Niski współczynnik tarcia nylonu oznacza również, że dobrze nadaje się on do produkcji funkcjonalnych części ruchomych. Dlatego też nylon jest często używany do produkcji funkcjonalnych prototypów, zawiasów, kół zębatych i podobnych części do użytku końcowego.
WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE
Aby w pełni zrozumieć druk 3D z nylonu, ważne jest, aby wiedzieć o dwóch innych właściwościach. Po pierwsze, ma on wysoką temperaturę topnienia, a po drugie, jest higroskopijny, co oznacza, że uwielbia absorbować wilgoć. Ta druga właściwość może być zaletą, ale ma też swoje minusy. Podczas gdy powierzchnia drukowanej części pozwala na bardzo dobre przyleganie farby, absorbuje również wilgoć z powietrza, co może ostatecznie wpłynąć na wydajność części.
W tym artykule zagłębimy się w temat drukowania nylonu i różnych technologii, za pomocą których można go drukować. Zaczynajmy!
Wybór technologii
Druk 3D z nylonu można uzyskać za pomocą metody FDM z wykorzystaniem filamentu lub za pomocą selektywnego spiekania laserowego (SLS) albo fuzji wielostrumieniowej (MJF) z wykorzystaniem proszku nylonowego. Poniżej wyjaśnimy różnice między tymi technologiami, jak są one wykorzystywane do tworzenia części z nylonu oraz zalety i wady każdej z nich.
W przypadku druku z nylonu, poza zwykłymi opcjami FDM, są dostawcy drukujący za pomocą SLS i MJF, jak również z proszków PA 12 i nylonu wypełnionego szkłem. A więc dowiedzmy się teraz, co to wszystko oznacza!
FDM
Drukowanie 3D z nylonu może być drogie, ponieważ drukarki MJF i SLS, jak również wykorzystywane przez nie proszki, nie są wcale tanie. Na szczęście, możliwe jest drukowanie 3D z nylonu przy użyciu drukarki FDM, w połączeniu ze specjalnym nylonowym filamentem.
Drukarki 3D FDM wykorzystują filamenty, które są topione, a następnie wytłaczane przez dyszę na platformę w warstwach, aż do momentu ukończenia części. Podczas gdy drukowanie 3D z nylonu na drukarce FDM jest znacznie bardziej dostępne niż SLS czy MJF, jakość części z nylonu wydrukowanej w FDM nie jest tak imponująca.
Po pierwsze, nie wszystkie drukarki FDM radzą sobie z filamentem nylonowym. Ważne jest, aby mieć wysokiej jakości (całkowicie metalowy) hot-end, który może wytrzymać temperatury powyżej 250°C. Poza tym, nylon jest również podatny na odkształcenia, więc przyleganie do platformy jest problemem samym w sobie.
Filamenty nylonowe występują w różnych odmianach, z których najbardziej powszechne to PA 6 i PA 66. Oba mają standardowe właściwości nylonu, takie jak wytrzymałość, odporność na ścieranie i niski współczynnik tarcia, ale mają jedną istotną wadę: wysoką absorpcję wilgoci.
Przechowywanie i drukowanie
Wysoka absorpcja wilgoci może mieć negatywny wpływ na filament w postaci degradacji. W przypadku degradacji, filament zaczyna tracić swoje właściwości.
Zwykły plastikowy hermetyczny pojemnik jest dobrym rozwiązaniem, gdy filament nie jest używany, ale co zrobić, podczas drukowania? Idealnym rozwiązaniem jest jednostka magazynowa z kontrolą wilgotności, która pozwala również materiałowi dostać się do ekstrudera. Jeśli jest już za późno, a szpula już wchłonęła zbyt dużo wilgoci, może wysuszyć filament.
Chociaż zawsze zależy to od konkretnej drukarki i materiału, którego używasz, i zawsze powinieneś brać pod uwagę ustawienia zalecane przez producenta, oto przegląd podstawowych ustawień drukowania z nylonu:
- Temperatura dyszy: 240-290 °C
- Temperatura platformy: Do 65 °C
- Prędkość druku: 25-50 mm/s
- Prędkość wentylatora: 0-50%
- Obudowa: Zalecana, ale nie konieczna
Praca z nylonem jest nieco utrudniona w przypadku drukarki FDM, ale jeśli masz sprzęt, materiał ten dobrze nadaje się do SLS i MJF.
SLS
SLS wykorzystuje laser do spiekania proszku, warstwa po warstwie, aż do momentu, gdy część jest kompletna. Istnieją różne rodzaje technologii spiekania laserowego – istnieją adaptacje dla metalu i szkła – ale większość drukarek 3D SLS jest ukierunkowana na polimery.
MATERIAŁY
Jednym z głównych materiałów używanych w SLS jest nylon, a konkretnie proszki nylonowe PA 11 i PA 12. Proszki PA 11 są używane do części, które wymagają odporności na promieniowanie UV i uderzenia, podczas gdy PA 12 jest preferowany w celu zwiększenia wytrzymałości i sztywności części. Istnieją również wzmocnione proszki PA, znane również jako proszki kompozytowe nylonu, które zazwyczaj zawierają oprócz nylonu cząsteczki włókna szklanego, aluminiowego lub węglowego.
ZALETY
Po zakończeniu procesu, części są całkowicie otoczone niespieczonym proszkiem, który działa również jako podpora dla części spiekanych. Na szczęście w technologii SLS, możliwe jest ponowne wykorzystanie do 50-70% tego niespieczonego proszku do przyszłych wydruków. Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju jest to zaleta w porównaniu z FDM, ponieważ materiał wytłaczany jako podpora zazwyczaj nie jest przekształcany z powrotem w filament do ponownego użycia.
W porównaniu do FDM, SLS jest bardziej odpowiedni do druku 3D z nylonu. Nylon jest świetny do tworzenia funkcjonalnych części, a SLS zarówno ma zdolność do wytwarzania złożonych części funkcjonalnych, jak i zyskuje na sile dzięki wykorzystaniu proszku, a nie filamentu.
WADY
Wadą SLS jest związany z nim koszt. Przemysłowe drukarki 3D SLS często osiągają ceny przekraczające 200.000 $. Dobrą wiadomością jest to, że w ostatnim czasie na rynku pojawiły się bardziej przystępne cenowo rozwiązania, takie jak desktopowa maszyna SLS Fuse 1 firmy Formlabs, wyceniona na ok. 10.000 $. Za proszki należy zapłacić co najmniej 60 dolarów za kilogram.
MJF
MJF to unikalna technologia spiekania proszków opracowana przez firmę Hewlett Packard i wprowadzona na rynek w 2016 roku. MJF jest podobna do SLS, ale ma też coś wspólnego z binder jettingiem.
JAK TO DZIAŁA
Zarówno MJF, jak i SLS rozpoczynają proces drukowania w ten sam sposób. Warstwa proszku jest rozprowadzana na platformie przed rozpoczęciem spiekania. Jednakże, podczas gdy w SLS laser rozpoczyna spiekanie, MJF wprowadza dodatkowy etap do procesu drukowania w postaci środków chemicznych.
Na każdą świeżą warstwę proszku, dokładnie w miejscu, gdzie będą spiekane kolejne warstwy, natryskiwany jest środek utrwalający. Środek utrwalający ma za zadanie pomóc proszkowi w absorpcji energii pochodzącej ze źródła ciepła drukarki. Podczas gdy SLS wykorzystuje laser o dużej mocy, MJF opiera się na silnym świetle podczerwonym jako źródle ciepła. Światło podczerwone w połączeniu ze środkiem utrwalającym przyspiesza proces spiekania, dzięki czemu MJF jest szybszy niż SLS.
ZALETY
Chociaż obie technologie są w stanie uzyskać fenomenalne detale na częściach, MJF ma przewagę nad SLS, jeśli chodzi o szczegóły na wydrukach. Dzieje się tak częściowo dzięki środkowi detailingowemu, który pomaga nadać krawędziom maksymalną ostrość poprzez nieznaczne zmniejszenie potencjału utrwalania na samej krawędzi części.
Po zakończeniu drukowania, można poddać recyklingowi niespieczony proszek, tak jak w przypadku SLS. Jednakże MJF umożliwia ponowne wykorzystanie jeszcze większej ilości proszku, nawet do 80%. Chociaż zależy to w dużej mierze od porównywanych maszyn, maszyny MJF są porównywalne cenowo z przemysłowymi maszynami SLS, ale mają szybsze czasy drukowania, z potencjalnie większą szczegółowością.
Żródło: https://all3dp.com
