Один из наиболее распространенных инженерных пластиков для 3D-печати и традиционного производства — поликарбонат. Нередко этот полимер служит аналогом стекла со своими плюсами и минусами, о которых мы и расскажем в сегодняшней статье.
Преимущества, недостатки и применение
Под инженерными полимерами обычно подразумеваются пластики с максимальными эксплуатационными температурами выше 100°С. Поликарбонаты, в частности наш REC PC Avia, входят в эту категорию, выдерживая температуры в диапазоне от -40°С до 130°С.
Помимо этого поликарбонаты славятся высокой ударной прочностью и доступны в прозрачных вариантах. Один из наиболее интересных примеров применения — остекление кабин в авиации. Наиболее широко применяемые полимеры в этом направлении — плексиглас, то есть полиметилметакрилат, также называемый органическим стеклом, и поликарбонат. Например, фонари (так называется прозрачная часть кабин пилотов) истребителей F-16, самых массовых из стоящих на вооружении на сегодняшний день, изготавливаются из ламината на основе лексана — фирменного варианта поликарбоната компании GE Plastics, ныне выпускаемого саудовской химической компанией SABIC.
Интересно здесь то, что согласно техническому заданию полимерное остекление должно оберегать летчиков от травм при столкновениях с двухкилограммовыми птицами на скорости 650 км/ч. Во время испытаний поликарбонатное остекление обстреливали в лоб куриными тушками, разгонявшимися до необходимой скорости воздушным компрессором. Остекление деформировалось под ударами, но затем принимало изначальную форму. В то же время испытания не были полностью успешными, так как амплитуда деформационных волн при ударах была настолько высокой, что фонари нередко били по головам манекенов. Для повышения жесткости и в то же время сохранения упругости на поздних версиях F-16 поликарбонатные фонари стали усиливать наружными слоями химически закаленного стекла, помогающего гасить часть энергии от ударов и снижать амплитуду колебаний. Стекло разрушается, но поликарбонатная основа доделывает работу и спасает пилотов.
В чистом виде поликарбонаты прозрачны, а потому нашли применение в офтальмологии и оптике, в том числе научной, где нередко опять-таки служат заменой стеклу. Мягкие контактные линзы обычно изготавливают из гидрогелей, жесткие — из акрила, а очковые линзы — из поликарбоната, так как он весьма стоек к царапинам и намного более стоек к ударам, чем стекло.
Аналогичным образом поликарбонаты применяются в производстве защитных очков, светотехники и архитектурного остекления. Здесь стоит упомянуть, что поликарбонат довольно уязвим к ультрафиолетовому излучению, поэтому на открытом воздухе такое остекление будет со временем желтеть и терять прочность. По этой причине поликарбонатные окна обычно покрываются слоем защитной пленки, играющей роль УФ-фильтра.
Даже если прозрачность не требуется, поликарбонат отлично подойдет для функционального прототипирования и единичного или мелкосерийного производства нагруженных деталей и защитных корпусов.
В плане химической стойкости поликарбонаты хорошо справляются со слабыми и концентрированными минеральными кислотами, многими органическими кислотами, парафином, маслами, различными насыщенными, алифатическими и циклоалифатическими углеводородами. К большинству спиртов поликарбонат устойчив, за исключением метилового. В контакте с бензолом, хлорбензолом, тетралином, ацетоном, этилацетатом, ацетонитрилом и четыреххлористым углеродом поликарбонаты не растворяются, но набухают. Во избежание разложения следует избегать контакта с водными и спиртовыми растворами щелочей, газообразным или растворенным аммиаком, а также аминами.
Особенности 3D-печати
Конечно, за хорошие физико-механические свойства приходится платить усложнением производства. Первый момент — тугоплавкость. Высокие максимальные эксплуатационные температуры неизбежно требуют и довольно высоких температур экструзии, так что для 3D-печати REC PC Avia оптимально подходят хотэнды, способные разогреваться до 310°С.
Помимо высокотемпературного экструдера потребуется и подогрев столика до 110-120°C. К сожалению, поликарбонаты обладают высокой усадкой, а следовательно модели могут деформироваться и даже отлипать во время построения. Подогрев поможет снизить риск деформации, но параллельно с подогревом настоятельно рекомендуется использовать дополнительные адгезионные средства, например клей Adhesivix. Наличие 3D-принтера с закрытой камерой, даже без активного подогрева, тоже сыграет на руку.
Еще один момент — гигроскопичность. Поликарбонаты могут впитывать влагу, и даже если вы живете в сухом климате, на поверхности филамента все равно может образовываться роса. Попадание влаги в хотэнд чревато вскипанием с вытекающим букетом дефектов — пропусками в слоях из-за нестабильной подачи, снижением когезии, и так далее. Ради оптимальных результатов филаменты следует хранить в плотно закрытых контейнерах или пакетах с силикагелем, а непосредственно перед 3D-печатью просушивать. Подробно про методы хранения и просушивания рассказывается в отдельных статьях — здесь и здесь.
Заодно не следует забывать про пагубное воздействие ультрафиолета: хранить расходные материалы лучше всего вдали от прямого солнечного света.
Важно! Печатать следует в хорошо проветриваемых помещениях или на рабочих местах, оборудованных вытяжкой. В производстве поликарбонатов используются токсичные и канцерогенные вещества — бисфенол А и в ряде случаев фосген. В принципе, полностью полимеризованный и правильно эксплуатируемый материал нетоксичен, но в полимерной массе теоретически могут оставаться доли опасного сырья, так что рисковать не стоит. Из соображений безопасности также не следует допускать перегрева поликарбоната выше рекомендуемых температур, а уж тем более горения. На заметку, поликарбонаты нередко используют в производстве пищевой тары и утвари, однако только для холодной пищи.
Общие характеристики REC PC Avia:
- Плотность: 1,2 г/см^3
- Диапазон эксплуатационных температур: от -40°С до +130°С
- Прочность на изгиб: 79,9 МПа
Рекомендуемые настройки для 3D-печати филаментами REC PC Avia:
- Температура сопла: 270-310°C
- Температура стола: 110-120°C
- Обдув: не рекомендуется
- Рекомендуемые адгезионные средства: клей Adhesivix
- Минимальный диаметр сопла: 0,3 мм
Постобработка
Поликарбонат хорошо поддается механической обработке — сверлению, шлифованию и так далее. При необходимости сглаживания, в том числе для получения максимально прозрачных изделий или удаления царапин, поверхности можно отшлифовать, постепенно снижая зернистость, а затем отполировать составом без абразивов, например восковым полиролем.
В настоящее время мы предлагаем поликарбонаты в прозрачном виде, без красителей. Филаменты диаметром 1,75 мм доступны на обычных катушках массой 750 грамм нетто, а для больших проектов — массой 2 кг.
Остались вопросы? Свяжитесь с нами, и специалисты REC будут рады предоставить подробную консультацию по выбору оптимальных расходных материалов под конкретные задачи.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся
Вход через социальные сети