Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Термопластичные полиуретаны (TPU, ТПУ) — крайне заманчивые полимеры с широким спектром применения. Отчасти это объясняется не менее широким диапазоном механических свойств материала, во многих сферах успешно потеснившего резину.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

У термопластичных полиуретанов большой набор полезных свойств — от высокой ударной вязкости и стойкости к ультрафиолетовому излучению до хорошего сопротивления маслам, бензинам, щелочам и некоторым кислотам. Красители на открытом воздухе могут со временем выгорать, но сами полимеры демонстрируют высокую долговечность.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Гибкость, прочность и износостойкость, а также сопротивление пластическим деформациям и широкий диапазон эксплуатационных температур (некоторые варианты морозостойки) — самые главные преимущества, так как в основном термопластичные полиуретаны используются в производстве технических компонентов.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

При этом полиуретаны бывают разные, с разной твердостью. Это хорошо, так как можно выбирать материалы под конкретные задачи — мягкие полимеры под гибкие соединения, более жесткие варианты под корпуса, и так далее. Нередко термопластичные полиуретаны используются и в качестве альтернативы резине, хотя на такие случае у нас есть буквально «резиновый» филамент — REC Rubber из синтетического каучука.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле


Что касается ТПУ, то мы предлагаем уже четыре базовых варианта, да к тому же еще и стеклонаполненный композит. Чтобы упорядочить наш список, варианты ниже приведены в порядке возрастания твердости:

  1. REC Soft Flex
  2. REC Medium Flex
  3. REC Easy Flex
  4. REC TPU D70
  5. REC TPU GF
  6. Хранение
  7. Рекомендации по 3D-печати

REC Soft Flex

REC Soft Flex — текущий чемпион по мягкости среди полиуретанов в нашем ассортименте. Твердость этого варианта — 70 по шкале Шора А, примерно как у автомобильных шин. REC Soft Flex отлично походит для изготовления уплотнителей и прокладок, вибрационных демпферов и амортизаторов, фрикционных накладок на ручные инструменты, защитных кожухов электронных приборов. Настоящие автомобильные шины печатать, наверное, не стоит, а вот для модельных колес REC Soft Flex — в самый раз.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Характеристики REC Soft Flex:

  • Плотность: 1,16 г/см^3
  • Ударная вязкость по Изоду: не разрушается
  • Твердость по Шору (шкала A): 70
  • Диапазон эксплуатационных температур: от -35°С до 80°С
  • Прочность при растяжении вдоль слоев: 5,95 МПа
  • Прочность при растяжении поперек слоев: 3,28 МПа
  • Относительное удлинение при разрыве: 850%
  • Удельное электрическое сопротивление на постоянном токе: 1,4х10^12 Ом/см
  • Диэлектрическая проницаемость на постоянном токе: 4,9
  • Диэлектрическая проницаемость на частоте 50 кГц: 4,48
  • Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 50 кГц: 0,012
  • Электрическая прочность: 23,5 кВ/мм

Рекомендуемые настройки для 3D-печати REC Soft Flex:

  • Температура хотэнда: 215-235°C
  • Температура стола: 40-60°C
  • Обдув: 35%
  • Рекомендуемые адгезионные средства: клей The3D, клей Picaso
  • Минимальный диаметр сопла: 0,4 мм
Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Филаменты REC Soft Flex диаметром 1,75 мм предлагаются на катушках массой 500 грамм нетто. Доступны четыре оттенка — белый, серебристый, черный и прозрачный.

REC Medium Flex

Этот вариант немного тверже предшественника, но в целом тоже очень мягкий — на уровне 80 по шкале Шора А, как у резиновых пробок для ванн и умывальников. Благодаря высокой эластичности, прочности и сопротивлению пластическим (то есть необратимым) деформациям REC Medium Flex хорошо подходит для 3D-печати гибких соединений, амортизирующих элементов, защитных чехлов и уплотняющих прокладок.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Рекомендуемые настройки для 3D-печати REC Medium Flex:

  • Температура хотэнда: 250°C
  • Температура стола: 95°C
  • Обдув: 100%
  • Рекомендуемые адгезионные средства: клей The3D, синий скотч
  • Минимальный диаметр сопла: 0,4 мм
Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Филаменты REC Меdium Flex диаметром 1,75 мм предлагаются на катушках массой 500 грамм нетто. Доступны три оттенка — белый, натуральный и черный.

REC Easy Flex

Еще более твердый вариант — 95 по шкале Шора А. Это сопоставимо с твердыми колесами скейтбордов или автопогрузчиков. Материал подойдет для гидравлических уплотнителей и сантехнических прокладок, профилей и шлангов, амортизаторов, крепежных элементов, обувных подошв и ортопедических вкладок, деталей спортивного инвентаря.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Характеристики REC Easy Flex:

  • Твердость по Шору (шкала A): 95
  • Плотность: 1,15 г/см^3
  • Диапазон эксплуатационных температур: от -35°С до 100°С
  • Ударная вязкость по Изоду: не разрушается
  • Прочность при растяжении вдоль слоев: 27,96 МПа
  • Модуль упругости при растяжении вдоль слоев: 74 МПа
  • Прочность на изгиб: 3,5 МПа
  • Модуль упругости на изгиб: 68 МПа
  • Максимальная нагрузка на изгиб: 4,8 Н
  • Максимальная нагрузка на растяжение: 662 Н
  • Прочность на сжатие: 6 МПа
  • Модуль упругости на сжатие: 44 МПа
  • Максимальная нагрузка на сжатие: 670 Н
  • Относительное удлинение при разрыве: 617%

Рекомендуемые настройки для 3D-печати REC Easy Flex:

  • Температура хотэнда: 215-235°C
  • Температура стола: 30-60°C
  • Обдув: 20%
  • Рекомендуемые адгезионные средства: клей The3D, синий скотч
  • Минимальный диаметр сопла: 0,4 мм
Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Чтобы было веселее, мы добавили сразу восемь оттенков — прозрачный, белый, серебристый, черный, желтый, синий, красный и зеленый. Филаменты REC Easy Flex тоже предлагаются в диаметре 1,75 мм на катушках массой 50 грамм нетто.

REC TPU D70

Самый твердый вариант, по крайней мере из «чистых» полиуретанов. Твердость на уровне 70 по шкале Шора D характерна уже для достаточно жестких пластиков, таких как акрилонитрилбутадиенстирол (REC ABS), хотя в остальном это очень разные полимеры. При высокой твердости REC TPU D70 сохраняет отличную ударную вязкость и лучше подходит для эксплуатации на открытом воздухе, чем ABS, из-за высокой стойкости к ультрафиолету.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Характеристики REC TPU D70:

  • Твердость по Шору (шкала D): 70
  • Плотность: 1,23 г/см^3
  • Диапазон эксплуатационных температур: от 0°С до 80°С
  • Ударная вязкость по Шарпи: 6,57 кДж/м^2
  • Прочность при растяжении вдоль слоев: 38,1 МПа
  • Модуль упругости при растяжении вдоль слоев: 0,798 ГПа
  • Прочность на изгиб: 24,4 МПа
  • Модуль упругости на изгиб : 0,51 ГПа
  • Максимальная нагрузка на изгиб: 38,4 Н
  • Прочность при растяжении поперек слоев: 16,02 МПа
  • Модуль упругости при растяжении поперек слоев: 0,451 ГПа
  • Прочность на сжатие: 3,636 МПа
  • Модуль упругости на сжатие: 0,191 ГПа
  • Максимальная нагрузка на сжатие: 2,252 кН
  • Удельное электрическое сопротивление на постоянном токе: 5,0х10^11 Ом/см
  • Диэлектрическая проницаемость на постоянном токе: 4,5
  • Диэлектрическая проницаемость на частоте 50 кГц: 4,17
  • Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 50 кГц: 0,035
  • Электрическая прочность: 24,5 кВ/мм

Рекомендуемые настройки для 3D-печати REC TPU D70:

  • Температура хотэнда: 215-230°C
  • Температура стола: 20-60°C
  • Обдув: 20%
  • Рекомендуемые адгезионные средства: клей The3D
  • Минимальный диаметр сопла: 0,4 мм
Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Филаменты REC TPU D70 доступны в диаметре 1,75 мм и оттенках — натуральном, белом и черном. Масса стандартной катушки — 750 грамм нетто, а для больших 3D-принтеров и проектов мы предлагаем соответствующие двухкилограммовые катушки.

REC TPU GF

И наконец, полиуретановый композит на основе REC TPU D70. Вы же знаете, как сильно мы любим композиты? Это неспроста: добавление армирующих волокон, в этом случае стекловолокна, дает ряд преимуществ. Например, прочность на изгиб вырастает почти в два раза. Еще один приятный бонус — меньшая усадка, а значит более высокая размерная точность и пониженный риск закручивания или отлипания от столика во время 3D-печати. Это особенно важно при аддитивном производстве крупных изделий.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Есть, правда, и минусы: в отличие от чистого варианта композит требует более высоких температур экструзии и рабочей поверхности, но в целом ничего страшного — справятся даже бюджетные 3D-принтеры. Заодно необходимо учитывать более низкий модуль упругости и абразивность: все композиционные материалы с волоконным армированием абразивны, поэтому для работы с ними необходимо использовать износостойкие сопла, например из закаленной стали.

Характеристики REC TPU GF:

  • Плотность: 1,25 г/см^3
  • Твердость по Шору (шкала D): 70
  • Диапазон эксплуатационных температур: от -10°С до 90°С
  • Прочность на изгиб: 41 МПа

Рекомендуемые настройки для 3D-печати REC TPU GF:

  • Температура хотэнда: 230-250°C
  • Температура стола: 60-80°C
  • Обдув: не рекомендуется
  • Рекомендуемые адгезионные средства: клей REC Bubble Glue, The3D
  • Минимальный диаметр сопла: 0,4 мм
Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Филаменты REC TPU GF диаметром 1,75 мм в натуральном и черном оттенках предлагаются на катушках массой 750 грамм нетто.

Хранение

Термопластичные полиуретаны довольно легко впитывают влагу, поэтому любой из перечисленных выше вариантов крайне желательно хранить в герметичных контейнерах с силикагелем, а непосредственно перед 3D-печатью просушивать. Да, это отнимает время, зато не придется волноваться о вскипании расплава: слои будут более ровными, с лучшей когезией и без пропусков.

Сколько сушить и при какой температуре? Чистые полиуретаны — 70°С в течение как минимум четырех часов, а стеклонаполненный REC TPU GF — в течение тех же четырех часов, но при 90°С.

Подробно про правильное хранение и просушивание филаментов рассказывается в отдельных статьях — здесь и здесь.

Рекомендации по 3D-печати

Крайне желательно использовать экструдеры с директ-подачей филамента вместо боуденовской, особенно при работе с мягкими вариантами, то есть Soft, Medium и Easy. Чем меньше дистанция от подающего механизма (фидера) до горла хотэнда, тем лучше, так как эластичные филаменты могут сгибаться, сжиматься и растягиваться, а это может приводить к разным проблемам — от трудностей с настройкой ретракта до застревания филамента прямо в головке. В боуденовских системах хотэнд и фидер соединяются длинными трубками, усугубляющими проблемы. Спешить тоже не рекомендуется, особенно с мягкими филаментами.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле


Начинать лучше с 25 мм/c, а затем повышать скорость укладки, если экструдер справляется с подачей. При слишком высоких нагрузках со стороны подающего механизма филамент будет сжиматься и расширяться, повышая трение при проходе через хотэнд вплоть до остановки подачи и пробуксовывания шестерней фидера.

Ради повышения адгезии желательно использовать лаки или клеи, нанося средства двумя-тремя тонкими слоями, предварительно очистив поверхность чистой тряпочкой, смоченной в изопропиловом спирте. Лучше всего для нанесения клея подходят флаконы с распыляющими, аэрозольными головками.

Термокамеры в принципе не требуются, но подогрев столиков обязателен. Температуры экструзии и столика, равно как и настройки обдува, зависят от конкретных вариантов термопластичного полиуретана, так что сверьтесь с инструкциями выше, на товарных страничках или на упаковке. Превышать допустимые температурные диапазоны не стоит во избежание деструкции полимеров. Что касается обдува, старайтесь придерживаться минимальных настроек или не использовать обдув вообще: термопластичные полиуретаны в основном используются в 3D-печати технических деталей, где важна прочность, а медленное остывание способствует межслойной когезии с вытекающим повышением прочности на разрыв.

Термопластичные полиуретаны: производственная гибкость в прямом и переносном смысле

Усадка выражена довольно слабо, так что печатать рафты не рекомендуется — это только повысит расход материала и усложнит постобработку. При необходимости для дополнительного усиления адгезии можно построить бримы, а после 3D-печати срезать излишки острым лезвием, само собой соблюдая технику безопасности.

Остались вопросы? Свяжитесь с нами, и специалисты REC будут рады предоставить подробную консультацию по выбору расходных материалов под конкретные производственные задачи.



Вам будет интересно