Technologia druku 3D do niedawna była aspektem bardzo odległym, słabo dostępnym czy wręcz nieosiągalnym dla zwykłych użytkowników sprzętów elektronicznych. Wraz z postępem dziedzinie druku trójwymiarowego powstały użyteczne i wygodne w obsłudze urządzenia, z których korzystać dziś można dobrowolnie i na niespotykaną dotąd skalę. Drukarki 3D przestały być wynalazkiem zadziwiającym i coraz częściej wykorzystywane są także w warunkach domowych, stanowiąc przy tym urządzenie jak każde inne. Posiadają bardzo szerokie zastosowanie eksploatacyjne. Można na nich tworzyć projekty przestrzenne, zabawki czy elementy wystroju pomieszczeń. Proste i łatwe w eksploatacji maszyny wykorzystują najczęściej do tworzenia kształtów termoplastyczny materiał, pozwalający na etapowe nakładanie poszczególnych warstw produktu.
Czym jest filament do druku 3D? Jakie rodzaje filamentów stosowane są w drukarkach 3D? Co jest ciekawym rozwiązaniem, jeśli chodzi o dostępne rodzaje filamentów? Który rodzaj filamentu warto wybrać, aby skutecznie wykonać wydruk w trójwymiarze? Czy stosowanie tego typu materiałów może być w jakiś sposób niebezpieczne? Analizuję te kwestie w poniższym tekście.
Spis treści
Filament, czyli materiał termoplastyczny do druku – opis
Filament do drukarek przestrzennych jest surowcem termoplastycznym, przeznaczonym do tworzenia projektów trójwymiarowych, nakładanych na siebie warstwa po warstwie. Powstaje on w procesie podgrzewania, wytłaczania a następnie schładzania wybranego materiału syntetycznego lub naturalnego. Filament wykorzystywany jest przez drukarki korzystające z technologii FDM (Fused Deposition Modelling). FDM pozwala na topienie surowca termoplastycznego w celu aplikowania go w obszarze roboczym. Filament musi posiadać zatem walory topliwe – tak, aby po podgrzaniu masa surowcowa podlegała przemianie w gęsty i bardzo lepki żel. Taki stan skupienia pozwala na sprawne rozprowadzenie płynnego surowca przez poszczególne elementy dozujące. Temperatura druku jest na tyle wysoka, że maszyna jest w stanie bardzo skutecznie topić syntetyczny produkt, który następnie zostaje ułożony przez specjalną dyszę. Najbardziej pożądane cechy filamentu stosowanego w druku 3D to:
- dobra plastyczność,
- duża wytrzymałość,
- wysoka odporność na warunki atmosferyczne,
- niewrażliwość na zarysowania,
- dobra odporność na promieniowanie UV;
- odpowiednia dokładność wydruku (szybkie zastyganie warstw).
Wysoka temperatura druku – metoda FDM
Metoda druku deposition modeling to pochodna technologii rapid prototyping. Polega ona na fizycznym dystrybuowaniu przez zainstalowaną dyszę stopionego surowca, który następnie zostaje przeniesiony według wdrożonej instrukcji. Ta metoda druku 3D jest najpowszechniej wykorzystywaną techniką i wymaga zastosowania topliwego filamentu. Model, który zostaje wytworzony zgodnie z instrukcją elektroniczną na pliku, jest układany warstwowo, a następnie musi ostygnąć, by uzyskać wszystkie pożądane walory wytrzymałościowe. Metoda druku przestrzennego FDM jest bardzo dokładna, a kluczową rolę w tym procesie odgrywa wysoka temperatura. Podgrzewana dysza musi skutecznie stopić filament. Temperatura druku w przypadku techniki FDM może wynieść ok. 280 st. w skali Celsjusza. Sprawdzając ofertę filamentów do drukarek 3D warto zwrócić uwagę na parametry:
- rodzaj surowca budulcowego,
- rozmiar (np. średnica 1,75 mm lub 2,85 mm),
- temperatura druku,
- temperatura komory/stołu,
- kolor filamentu,
- waga produktu.
Charakterystyka techniczna filamentów. Materiały termolastyczne z dużą wytrzymałością
Drukowanie przedmiotów trójwymiarowych wymaga zastosowania solidnych i obojętnych na warunki zewnętrzne komponentów filamentowych. Nie chcielibyśmy bowiem, aby nasz wyczekiwany produkt zniszczył się w kilka chwil po wyjęciu z urządzenia. Filament do drukarki 3D musi spełniać zatem szereg parametrów technicznych, dzięki którym będzie on w pełni uniwersalnym materiałem cechującym się wysoką odpornością na uderzanie i ścieranie. Najczęściej wykorzystuje się filamenty w dwóch klasycznych rozmiarach:
- średnica 1,75 mm,
- średnica 2,85 mm.
Niekiedy producenci określają ten drugi typ materiału jako 3-milimetrowy. Warto zaznaczyć, że nie jest to do końca prawidłowe nazewnictwo – istnieją specjalne filamenty do drukarek 3D, które posiadają średnicę równą 3 mm. Może więc zachodzić lekkie nieporozumienie w kontekście rozróżnienia poszczególnych rozmiarów materiałów filamentowych. Warto zatem sprawdzić dokładnie specyfikację techniczną produktu – tak, by uniknąć nieprzyjemnych rozczarowań w momencie przekładania filamentu do drukarki.
Filament stworzony z włókien węglowych, nylonu czy innych materiałów – podstawowe rodzaje
Obecnie dostępnych jest kilkadziesiąt produktów filamentowych do zastosowania w druku 3D. Konsument zdecydowanie ma w czym wybierać, co sprawia, że warto posiadać wiedzę na temat walorów użytkowych poszczególnych surowców termoplastycznych. Filamenty są systematycznie ulepszane przez producentów, dzięki czemu powstaje coraz więcej ich wersji. Szeroki wybór filamentów w różnych kolorach – i dysponujących zmienną charakterystyką użytkową – może sprawiać prawdziwy „ból głowy” w kontekście ich odpowiedniego doboru. Na rynku dostępne są zarówno filamenty w kolorze naturalnym, jak i barwione produkty termoplastyczne. Poniżej prezentuję zestawienie kilku najpopularniejszych materiałów, które cieszą się największym wzięciem na rynku elementów termoplastowych do drukarek 3D.
Filament PLA
Wykonane z surowca biodegradowalnego, dzięki czemu są w pełni ekologiczną alternatywą dla pozostałych produktów syntetycznych. Surowiec PLA powstaje w procesie przetwórstwa mączki kukurydzianej, dzięki czemu jest całkowicie przyjazny środowisku. PLA pozwala na bardzo precyzyjny druk, z zachowaniem pełnych walorów wytrzymałościowych. Ze względu na swoje parametry użytkowe (i niską cenę) jest jednym z najchętniej wykorzystywanych filamentów w dziedzinie drukowania przestrzennego. Filament PLA jest ognioodporny, a temperatura druku jest stosunkowo niska. Naturalna mączką będąca podstawowym składnikiem filamentu zapewnia łatwość w tworzeniu różnorodnych kształtów. Filament PLA generalnie jest pozbawiony toksycznych substancji.
Filament ABS
Polimerowe tworzywo topliwe, które cechuje się wysoką wytrzymałością w kontekście wytworzonego produktu końcowego. Wydrukowane modele druku przestrzennego są mocne, wytrzymałe i posiadają optymalną elastyczność. Filament ABS jest odporny na niekorzystne warunki atmosferyczne, dzięki czemu nadaje się do produkcji niewielkich elementów konstrukcyjnych mających zastosowanie w plenerze. Filamenty tego rodzaju, ze względu na wysoką temperaturę topnienia i specyficzną charakterystykę chemiczną, wytwarzają toksyczne opary. Użytkownik, korzystający tego rozwiązania, musi zapewnić odpowiednią wentylację obiektu, a samemu unikać nadmiernej ekspozycji na opary.
Filament PVA
Materiał wykorzystywany w urządzeniach wyposażonych w funkcję ekstruzji wielokrotnej. Komponent stanowi bowiem podłoże supportowe, które zostaje finalnie oddzielone od wytworzonego produktu właściwego. Filamenty PVA stosowane są do druku przestrzennego w roli tworzyw supportowych. Jest to materiał podporowy, który ulega całkowitemu rozpuszczeniu się w warunkach wysokiej wilgotności. Alkohol winylowy, będący ważnym składnikiem PVA, wykazuje właściwości wysoce higroskopijne. Stanowi on idealny materiał pomocniczy, który powinien być przechowywany w warunkach niskiej wilgotności.
Filamenty do drukarek 3D – pozostałe rodzaje
Wydruki przestrzenne mogą być wykonywane także za pomocą innych rodzajów filamentów. Inne najpopularniejsze typy surowców termoplastycznych do drukarek 3D to m.in.:
- PET/PETG,
- Carbon,
- smart ABS,
- PC/PCTG,
- HiPS,
- PEEK,
- PP,
- PEI,
- PVC,
- elastyczne produkty BIO,
- PLA+,
- ASA,
- ESD,
- PEKK-A (przezroczysty dla promieni rentgenowskich),
- PVDF,
- i inne, w tym materiały z domieszką metali, drewna czy kamienia.
Dlaczego proces drukowania wymaga odpowiedniej wentylacji pomieszczenia?
Duża temperatura druku, którą generują komponenty drukarek przestrzennych, sprawia, że filamenty w pewnym momencie zaczynają się topić. Włókno syntetyczne, stworzone z plastików, generuje szkodliwe opary. Z tego względu pomieszczenie, w którym odbywa się proces druku 3D, powinno być odpowiednio wentylowane. Nieprzyjemny, ostry zapach, charakteryzujący topienie się polimerów, jest szkodliwy dla dróg oddechowych człowieka i zwierząt. Niektóre filamenty do drukarek 3D mogą generować duże zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniu. Użytkownik musi zapewnić odpowiedni ciąg wentylacyjny, który odprowadzi wszelkie produkty uboczne poza obiekt użytkowy. Drukujący powinien także nosić odpowiednie akcesoria zabezpieczające, jeśli przebywa w bliskim sąsiedztwie urządzeń drukujących. W końcu chodzi o to, aby drukowane obiekty zostały wykonane w maksymalnie bezpieczny dla człowieka sposób.
Co wybrać do druku domowego, a co do zadań specjalnych?
Wybierając filament do własnego użytku należy określić, jaki rodzaj modeli przestrzennych będzie przez nas wykonywany. Bryły 3D, które będą umiejscowione np. w ogrodzie, powinny być skonstruowane z filamentu odpornego na czynniki zewnętrzne. Z kolei zabawki czy biżuteria ma cechować się wysoką elastycznością, nie rezygnując tym samym z odpowiednich parametrów wytrzymałości komponentu do wydruku. Kolejną możliwością do tworzenia domowego druku 3D są długopisy drukujące wykorzystujące dedykowane filamenty, dzięki którym można stworzyć niewielkie modele projektowe.
