3D-печать полиамидом на FDM

Полиамиды — это широкий спектр филаментов с уникальными физическими свойствами. Толстостенные изделия из PA — жесткие, а тонкостенные — гибкие. В том числе благодаря этому свойству материал подходит для печати изделий, совершенно разных по свойствам и назначению. Кроме чистых филаментов, на рынке существуют модификации, усиленные карбоновым волокном, стекловолокном и другими присадками.

Источник: ultimaker.com

Однако хранение и печать полиамидом требуют особых условий. Читайте статью, чтобы узнать о разных нюансах FDM 3D-печати полиамидами.

Чтобы узнать о 3D-печати полиамидом по более эффективной и дорогостоящей технологии SLS, применяемой в промышленности и дизайне, читайте наш подробный обзор SLS.

Содержание

О полиамиде

Источник: en.wikipedia.org

Полиамиды — это широкий спектр полимеров с составными звеньями, имеющими амидные группы. Полиамиды встречаются в природе в виде протеинов, известными примерами являются шерсть и шелк. Синтезированные полиамиды используются в различных сферах промышленности.

Источник: amfg.ai

Коммерческое название синтетических полиамидов — нейлоны (nylon). В данной статье термины «3D-печать полиамидом» и «печать нейлоном» синонимичны. Также следует отметить, что в 3D-печати используется два типа полиамидных материалов. При использовании технологии SLS применяются порошки, например — Sinterit PA12. С точки зрения пользовательского опыта, использование такого полимера не отличается от использования другого порошкообразного материала. В этой статье мы рассмотрим особенности 3D-печати полиамидом по технологии FDM.

История

Источник: plasticstoday.com

В лабораторных условиях полиамид был впервые синтезирован американским химиком Уоллесом Карозерсом в 1931 году. Семь лет спустя началось промышленное производство материала nylon 6,6. Первым массовым изделием, где был использован нейлон, стала зубная щетка Dr West's Miracle Tuft. Из полиамида была сделана щетина.

Источник: stratasys.com

В 1940-х было запущено производство альтернативного материала Nylon 6, а в последующие десятилетия на рынке появились Nylon 12, Nylon 4,6 и другие марки синтетических полиамидов. Этот материал используется в различных сферах. Из него шьют недорогую прочную одежду, производят наружные элементы автомобилей (дверные ручки и решетки радиаторов), переключатели на электрических щитах, затяжки на роликовых коньках и многие другие детали, с которыми мы ежедневно взаимодействуем. Одним из самых известных полиамидов, благодаря его исключительной прочности, является кевлар.

Характеристики

Полиамид — светлый пластик, физические свойства которого зависят от толщины изделия. Тонкостенные изделия гибкие, но прочные. Массивные изделия из нейлона жесткие, сравнимые с сделанными из ABS-пластика. Нейлон хорошо переносит колебания температур, он устойчив к истиранию и к воздействию ультрафиолета.

Основные характеристики полимера (для Nylon 6):

Плотность: 1,14 г/см³;
Прочность и гибкость;
Устойчив к разбавленным кислотам и растворам щелочей при комнатной температуре;
Температура плавления: 221 °C;
Температура стеклования: 45 °C;
Стойкость к нагреву до 160 °C.

Источник: ult3d.com

Двумя наиболее важными полиамидами являются гексаметилен адипамид (нейлон 6,6) и поликапролактам (нейлон 6). Материалам присущи исключительные механические свойства: высокая прочность на растяжение, высокая гибкость, хорошая упругость и высокая ударная вязкость. Их легко красить, они демонстрируют отличную износостойкость благодаря низкому коэффициенту трения (самосмазывание). Оба полиамида имеют высокую температуру плавления и температуру стеклования, что обеспечивает хорошие механические свойствам при повышенных температурах.

Источник: simplify3d.com

Нейлон 6 и нейлон 6,6 устойчивы к маслам, щелочам и многим растворителям. Основным ограничением материала является сильная чувствительность филамента к влаге (вода действует как пластификатор). Например, предел прочности при растяжении влажного полиамида может на 50 процентов уступать данным сухого полиамида. По сравнению с этими материалами нейлон 12 менее гигроскопичен: это свойство обеспечивает большое количество метиленовых групп в основной цепи полимера. Nylon 12 обладает лучшей влагостойкостью, стабильностью размеров и электрическими свойствами, но температура плавления и механические свойства материала ниже.

Наряду с чистыми полимерами, для 3D-печати доступны композитные филаменты, в состав которых входит карбоновое волокно.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

Устойчивость к высоким температурам;
Высокая прочность на разрыв;
Гибкость, которая зависит от габаритов готового изделия;
Устойчивость к УФ-излучению;
Отсутствие неприятного запаха в процессе 3D-печати;
Устойчивость к истиранию;
Возможность окрашивания филамента и покраски по готовому изделию;
Низкая стоимость;
Возможность вторичной переработки.

Недостатки:

Гигроскопичный материал;
Сложный процесс печати.

Меры предосторожности

Вредное воздействие полиамида возможно при переработке при температурах выше 300 °C. В таком случае возможно выделение токсичных веществ: аммиака, окиси и двуокиси углерода. При отравлении продуктами разложения или при вдыхании нейлоновой пыли наблюдается раздражение верхних дыхательных путей.

Хотя в процессе 3D-печати полиамидом не образуется неприятный запах, проводить работу рекомендуется в хорошо проветриваемом помещении.

Использование полиамида в 3D-печати

Источник: ultimaker.com

3D-печать полиамидом отлично зарекомендовала себя в разных сферах промышленности и дизайна. Имея в наличии 3D-принтер и полиамидный филамент, можно создавать прочные детали механизмов и дизайнерские предметы. Одной из особенностей нейлона, наряду с прочностью к истиранию, является самосмазка. Поэтому из нейлона в промышленном и штучном масштабе создают шестерни. Различного рода пластиковые затяжки тоже производятся из нейлона: изделия получаются оптимально гибкими.

Источник: n-e-r-v-o-u-s.com

Нейлон по тактильным ощущениям превосходит другие распространенные пластики. Поэтому на протяжении десятилетий из него производят ткани, из которых создают традиционную одежду. В 2014 году нью-йоркская дизайнерская студия Nervous System представила миру оригинальное платье, напечатанное из Nylon на 3D-принтере (см. Фото выше). Идея заключается в том, что каждое платье печатается специально по фигуре: дизайнер получает необходимый размер после сканирования тела. Платье печатают на 3D-принтере одним фрагментом. Оно состоит из 2,2 тыс. треугольников, соединенных 3,3 тыс. Шарниров.

Источник: n-e-r-v-o-u-s.com

Такая конструкция во время движения пластично колеблется, что создает уникальный образ.

Источник: n-e-r-v-o-u-s.com

Особенности 3D-печати полиамидом

Хранение филамента

Источник: all3dp.com

Полиамидные филаменты достаточно гигроскопичны, поэтому они могут впитывать даже атмосферную влагу. Чтобы предотвратить отсыревание филамента, перед длительным хранением его необходимо запечатать в вакуумный пакет с силикагелем. Если существует подозрение в ненадлежащем хранении нейлона, перед печатью филамент следует просушить в специальной сушилке, например — Wanhao Boxman-2.

Нагрев платформы

Перед началом печати полиамидом следует выполнить ряд действий для адгезии первого слоя. Рекомендуется использовать стеклянный рабочий стол, покрытый пластиной гаролита или PEI. Печатный стол следует смазать клеем и разогреть до температуры 60 — 90 °C, для некоторых типов филамента температуру печатного стола следует довести до 120 °C. Чтобы снизить риск коробления слоёв, лучше использовать 3D-принтер закрытого типа.

Скорость и параметры печати

3D-печать из нейлона допускается проводить на высокой скорости: до 70 мм/с. При печати элемента, содержащего большое количество мелких деталей, оптимальная скорость может составлять менее 40 мм/с.

Охлаждение при печати

Печать полиамидом осуществляется при высокой температуре, из-за чего даже частичное охлаждение может привести к короблению слоёв. Чтобы обеспечить максимальное качество при печати, кулеры необходимо выключить. Лучше всего печатать изделия из нейлона на 3D-принтере, оснащенном подогревом камеры.

Обработка детали из полиамида

Минимальная обработка

Особенность нейлона в том, что изделие можно использовать сразу после печати. Если печать осуществлялась с использованием легко растворимой поддержки из PVA, то растворение поддержек в воде будет единственным действием. Для предотвращения коробления рекомендуется печатать изделия из нейлона с рафтом — это дополнительный слой на основании изделия, увеличивающий адгезию к платформе. При печати с рафтом, после снятия детали с платформы, тот легко удаляется.

Покраска

Покраска готовых изделий из нейлона — процесс достаточно простой. Для работы необходим сосуд с водой, краситель для синтетических материалов, груз, чтобы удерживать изделие в воде, плита, и два сосуда, для покраски и охлаждения. Перед началом окраски необходимо убедиться, что на детали не осталось следов клея или малярного скотча. В сосуде для покраски развести необходимое количество красителя, поставить сосуд на плиту и довести температуру до 60 — 70 °C, опустить нейлоновое изделие в раствор и подождать несколько минут, чтобы получить цвет оптимальной насыщенности. Затем остудить окрашенную деталь в холодной воде.

Склеивание

Источник: all3dp.com

Полиамид — достаточно сложный для склеивания материал. Самым простым решением будет полиуретановый клей, который предназначен для склеивания буквально любых материалов. Еще один универсальный метод — использование эпоксидной смолы. Обычный суперклей (цианакрилат) тоже можно использовать, но отличный результат не гарантирован.

Проблемы при печати полиамидом

Наиболее распространенные проблемы при печати нейлоном — это коробление и расслоение. Следует помнить, что полиамид — материал, который требует и особых условий хранения, и тщательной подготовки перед печатью.

Нейлон — гигроскопичный материал, который с течением времени напитывается влагой даже при комнатной температуре. Если печатать отсыревшим филаментом, модель будет расслаиваться. Вторая проблема, коробление, возникает из-за ошибок в процессе печати. Поскольку изделия из нейлона печатают при высокой температуре экструдера и печатного стола, то в процессе работы, на 3D-принтере открытого типа, еще не застывший материал может резко охладиться, из-за сравнительно низкой температуры окружающей среды, что приведет к браку.

Чтобы предотвратить расслоение детали следует:

При длительном хранении, запечатать филамент в вакуумную упаковку с силикагелем.
Перед печатью, особенно при неизвестных условиях, высушить катушку с филаментом в специальном устройстве.

Чтобы не было коробления детали, рекомендуется:

Использовать принтеры закрытого типа, с подогревом печатной камеры.
Использовать клей для адгезии первого слоя.
Добавлять к нижним слоям детали рафт — широкие поля высотой в несколько слоев.

Примеры напечатанных изделий из полиамида

Источник: markforged.com

Источник: forerunner3d.com

Источник: all3dp.com

Источник: tecedu.com

Итого

Использование полиамидов существенно расширяет возможности специалистов по 3D-печати. Печать полиамидами открывает широкие возможности для творческих поисков — при создании сравнительно небольших изделий можно получить заметное различие в физических свойствах готовых объектов, незначительно изменив параметры печатаемого объекта. Поскольку полиамид позволяет создавать и гибкие, и жесткие конструкции, его можно назвать универсальным материалом для 3D-печати.

3D-печать полиамидом на FDM

О полиамиде

История

Характеристики