Функциональная 3D-печать: справочник по композитам

Наиболее перспективные полимерные материалы в плане 3D-печати функциональных изделий — композиты, армированные стекло- и углеволоконными наполнителями. Рассказываем о доступных технологиях 3D-печати и предлагаемых материалах.

Современная промышленность не ограничивается простыми пластиками для 3D-печати вроде АБС или ПЭТГ, хотя подобные недорогие материалы остаются востребованными в своих нишах. С одной стороны, появляются все более способные 3D-принтеры, позволяющие использовать тугоплавкие конструкционные термопласты, такие как полиэфирэфиркетон (PEEK) или полисульфон (PSU). Еще более активно развивается аддитивное производство с использованием композиционных материалов: взяв за основу доступные полимеры и добавив угле- или стекловолоконные наполнители, можно получать значительно более прочные, жесткие и износостойкие материалы, отлично подходящие для 3D-печати функциональных изделий — защитных корпусов, элементов силовых конструкций, механических деталей, и так далее.

Три самые распространенные технологии 3D-печати, совместимые с армированными полимерными композитами — послойное наплавление полимерных филаментов (FDM), послойное наплавление полимерных гранулятов (FGF) и селективное лазерное спекание (SLS). У каждого из этих методов свои преимущества, и каждый их них требует расходные материалы в специфичной форме — в виде филаментов, гранул или мелкодисперсных порошков.

Ниже вкратце объясним достоинства каждой технологии и поделимся перечнями доступных композиционных материалов.

FDM 3D-печать

Самый доступный способ аддитивного производства деталей из композитов. Композиционные филаменты совместимы со многими экструзионными аддитивными системами, включая относительно недорогие настольные 3D-принтеры. Главные условия — соблюдение температурного режима и наличие экструдера с износостойкими деталями.

Температура экструзии напрямую зависит от полимера, используемого в качестве основы композита. Например, стеклонаполненным ПЭТГ (rPETG GF) можно печатать при температуре 235-245°C, а для работы с угленаполненным полиэфирэфиркетоном (PEEK CF) хотэнд придется разгонять уже до 375-410°C. Этот момент необходимо учитывать при выборе оборудования.

Дополнительно желательно, а зачастую просто необходимо использовать 3D-принтеры с закрытыми камерами и активной регулировкой фоновой температуры. Что интересно, угле- и стекловолоконные наполнители снижают усадку, так что угленаполненным АБС (FormaX) печатать проще, чем чистым акрилонитрилбутадиенстиролом — риски деформаций и растрескивания значительно ниже. С другой стороны, тот же полиэфирэфиркетон — полукристаллический полимер, требующий аккуратного охлаждения, чтобы на выходе получались структуры с максимально высокими прочностными свойствами, и здесь возможность регулировки фоновой температуры крайне важна.

Еще одно требование — использование экструдеров с износостойкими соплами и шестернями подающего механизма. Все армированные композиты отличаются повышенной абразивностью, поэтому шестерни должны быть из закаленной стали, а сопла — либо из закаленной стали, либо какого-то другого износостойкого материала. Вариантов множество: на современном рынке доступны сопла из карбида вольфрама, искусственных рубинов, сапфиров и даже алмазов.

Если вас интересует подходящее оборудование, взгляните на модельный ряд 3D-принтеров PICASO Designer Series 2. Что касается расходных материалов, мы предлагаем сразу три линейки композитов.

X-Line. Сюда входят угленаполненный АБС (FormaX), угленаполненный полиамид-6 (UltraX), полипропилен c углеродными нанотрубками (PPX) и стеклонаполненный ПЭТГ (GF Max).

Clotho. Эти линейка разработана совместно с одним из наших партнеров, компанией-производителем 3D-принтеров Imprinta. Филаменты Clotho — это АБС, армированный стекловолокном и доступный в широкой цветовой гамме.

Technika. Специальная линейка филаментов из переработанного ПЭТГ, ориентированная на максимальную ценовую доступность с сохранением физико-механических свойств. Сюда входит стеклонаполненный филамент rPETG — один из самых, если не самый доступный композит на современном аддитивном рынке, помимо прочего отличающийся исключительной простотой работы. Только не забывайте про износостойкие сопла.

FGF 3D-печать

FDM 3D-печать подойдет для аддитивного производства относительно небольших изделий, а для крупногабаритных деталей нужны не только 3D-принтеры побольше, но и более производительная технология, иначе процесс будет занимать уже не часы или дни, а недели или даже месяцы, в зависимости от габаритов изделий.

Здесь на помощь приходит родственная технология под названием Fused Granulate Fabrication (FGF). Суть абсолютно та же: как и в FDM, материал послойно укладывается экструдером, пока не будет выращена необходимая форма. Разница в том, что расходными материалами здесь служат уже не филаменты, а грануляты — так проще, дешевле и практичнее. Гранулы загружаются в бункер, просушиваются, а затем поступают в высокопроизводительный экструдер со шнековой подачей. Производительность таких систем может исчисляться уже в килограммах и даже десятках килограмм в час.

Само собой, позволить такие системы может не каждый, но мы готовы помочь: в нашем распоряжении крупноформатная аддитивная система бельгийского производства Colossus с областью построения 2,7х1,25х1,5 метра. Просто свяжитесь с нами, и поможем все организовать.

Подобное оборудование уже доступно и от российских производителей, например компании F2 Innovations, выпускающей 3D-принтеры F2 Gigantry со стандартной областью построения 3,5х1,8х1,5 метра и возможностью масштабирования рабочего объема под заказ.

Специализированные грануляты линейки Printaform выпускаются нашим партнером — научно-производственным объединением 3D Solutions. Сюда входят:

Printaform H-1315CF — модифицированный полиэфир с углеволоконным наполнителем и температурой длительной эксплуатации 200-210°С.

Printaform H-1285CF — модифицированный полиэфир с углеволоконным наполнителем, низкой гигроскопичностью и температурой длительной эксплуатации 190-205°С.

Printaform M-1122CF — модифицированный полиэфир с углеволоконным наполнителем, низкой гигроскопичностью и температурой длительной эксплуатации 136-145°С.

Printaform M-1022GF — модифицированный полиэфир со стекловолоконным наполнителем, низкой гигроскопичностью и температурой длительной эксплуатации 136-145°С.

Printaform H-1288CF — модифицированный полиамид с углеволоконным наполнителем и температурой длительной эксплуатации 200-210°С.

Printaform M-1284CF — модифицированный полиамид с углеволоконным наполнителем, простотой переработки, высокой химической стойкостью и незначительным короблением, температурой длительной эксплуатации 155-160°С.

Printaform L-1015GF — модифицированный акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) с углеволоконным наполнителем, низкой усадкой и гигроскопичностью, температурой длительной эксплуатации до 95°С.

Printaform L-1115CF — модифицированный акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) со стекловолоконным наполнителем, низкой усадкой и гигроскопичностью, температурой длительной эксплуатации до 95°С.

Ether GF — самый доступный композиционный материал, созданный на основе восстановленного полиэтилентерефталат-гликоля, армированного стекловолокном. Материал характеризуется отсутствием усадки и крайне низкой гигроскопичностью, температура длительной эксплуатации достигает 57°С.

SLS 3D-печать

Селективное лазерное спекание — выбор тех, кому важна не столько скорость производства, сколько качество поверхностей. Эта технология полагается на выборочное спекание полимерных порошков лазерных излучателями. Для получения максимально однородных структур нужны специальные мелкодисперсные порошки с минимальными отклонениями по размеру частиц.

Самые популярные материалы в SLS 3D-печати — полиамиды (нейлоны) и композиты на их основе. Высокая износостойкость, прочность и теплостойкость нейлонов прекрасно сочетаются с армирующими наполнителями, усиливающими эти свойства и повышающими жесткость. Полиамиды и особенно армированные нейлоны отлично подходят для производства нагруженных, функциональных деталей.

3D Solutions тоже работает в этом направлении, предлагая собственную линейку порошковых материалов — полимерных и композиционных:

Printamid PA12 SLS Natural — полиамид-12 естественного цвета с высокими физико-механическими, химическими и термомеханическим свойствам.

Printamid PA12GF SLS Natural — стеклонаполненный вариант полиамида-12. Благодаря наполнению стеклянными шариками изделия из этого материала получаются значительно более упругими в сравнении с образцами из чистого полиамида.

Printamid PA11 SLS Black — черный полиамид-11, изготавливаемый из возобновляемого сырья. Изделия из этого материала демонстрируют великолепные механические свойства и в сравнении с полиамидом-12 демонстрируют повышенную ударную стойкость и эластичность.

Если вас интересует 3D-печать композитами, в том числе крупноформатная, наши специалисты помогут подобрать подходящие материалы и организовать аддитивное производство, а при необходимости даже разработают композиты на заказ. Свяжитесь с нами прямо сейчас.