3D-printmaterialen: soorten, eigenschappen en de beste keuze.

3D-printmaterialen

Het doel van uw onderdeel bepaalt welk 3D-printmateriaal het meest geschikt is. PLA en ABS zijn goed voor prototyping. SLS-nylon en technische kunststoffen worden gebruikt voor functionele onderdelen. Metaalprinten wordt gebruikt voor hoogwaardige industriële toepassingen. Kies het juiste proces na het materiaal te hebben vergeleken met de prestatie-eisen.

Inzicht in 3D-geprinte materialen is belangrijk, vooral naarmate onderdelen evolueren van conceptmodellen naar functionele toepassingen. Een visueel prototype van PLA ziet er prima uit op een bureau. Het barst en wordt zacht wanneer het verhit wordt. Het is belangrijk om te weten welke materialen welke eisen aankunnen.

Boda biedt een complete oplossing 3D-afdrukserviceVan materiaalselectie tot uiteindelijke productie voor maatwerk 3D afdrukken  projecten. Of u nu kiest voor kunststof voor een prototype of metaal voor functionele onderdelen, ons team helpt u bij het selecteren van het juiste materiaal en proces voor uw toepassing.

Welke materialen kunnen worden gebruikt bij 3D-printen?

De materialen die bij 3D-printen worden gebruikt, worden over het algemeen onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: 3D printen van kunststoffen en 3D-printen van metalen.

Thermoharders versus thermoplasten: het kernverschil

Het is belangrijk om de twee belangrijkste soorten kunststoffen voor 3D-printen te begrijpen voordat je materialen met elkaar vergelijkt.

Thermoplasten:

• Kan meerdere keren gesmolten en weer gestold worden. Gebruikt bij FDM- en SLS-printing. Voorbeelden zijn PLA, ABS, PETG, nylon en TPU.
• De auto-industrie gebruikt thermoplastisch nylon voor klemmen en beugels, omdat het materiaal opnieuw gesmolten kan worden als er ontwerpwijzigingen nodig zijn.
• Geprefereerd in productieprocessen die gericht zijn op recycling, omdat schrootmateriaal opnieuw verwerkt kan worden.

Thermoharders:

• Ze worden permanent uitgehard door UV-licht of warmte en kunnen niet opnieuw worden gesmolten. SLA-harsen zijn thermohardende kunststoffen. Ze produceren gladde, isotrope onderdelen met een constante sterkte in alle richtingen.
• Tandtechnische laboratoria gebruiken SLA-thermohardende harsen voor chirurgische geleiders omdat permanente hardheid en vormvastheid van cruciaal belang zijn.
• Beter dan thermoplasten, waar hittebestendigheid en oppervlaktekwaliteit geen compromissen mogen vormen, zoals bij gietvormen voor sieraden.

Nieuwe materialen:

Hieronder vind je een aantal nieuwe materialen voor 3D-printen.

• Biologisch afbreekbare thermoplasten zoals plantaardige PLA-mengsels winnen aan populariteit in verpakkingen en consumentenproducten.
• Nylon versterkt met koolstofvezels combineert recyclebaarheid met een stijfheid die bijna gelijk is aan die van metaal, en wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en robotica.
• Thermohardende harsen met keramische vulling worden ontwikkeld voor industriële toepassingen bij extreme temperaturen.

FDM 3D-printmaterialen

FDM-printfilamenten 

FDM smelt thermoplastisch materiaal en brengt het in lagen aan. Dit is de meest betaalbare en toegankelijke printmethode, die zeer geschikt is voor eenvoudige functionele onderdelen en basisprototypes.

ABS versus PLA

Dit is de meest gebruikte vergelijking bij de keuze van FDM-materialen.

PLA Het is een van de gemakkelijkste materialen om te printen met FDM. Het is biologisch afbreekbaar en geurloos. Het is ideaal voor visuele prototypes en conceptmodellen. De zwakke punten zijn de lage hittebestendigheid (het wordt zacht bij ongeveer 60 °C) en de broosheid bij stoten.

Het meest geschikt voor visuele prototypes en conceptmodellen. Kies PLA voor desktop-prototypes waar hittebestendigheid niet vereist is.

ABS Het is bestand tegen temperaturen tot 100 °C. Het is ideaal voor functionele prototypes die aan mechanische belasting worden blootgesteld. Het is een compromis tussen de noodzaak van een verwarmd printbed en het garanderen van voldoende ventilatie.

Het meest geschikt voor functionele prototypes die mechanisch belast worden. Kies ABS wanneer het onderdeel temperaturen tot 100 °C moet kunnen weerstaan.

ABS of PLA zijn niet de beste keuze voor productieonderdelen. Zowel technische kunststoffen als SLS-nylon zijn superieur qua mechanische eigenschappen.

Aanvullende belangrijke FDM-materialen

Anisotropie is een grote beperking bij FDM. Laaghechting zorgt voor een zwakke plek in de printrichting. De printoriëntatie is belangrijk als uw onderdeel aan gerichte belastingen wordt blootgesteld.

SLA 3D-printmaterialen

SLA 3D-printmateriaal 

SLA is een proces waarbij een laser wordt gebruikt om vloeibare hars uit te harden. Dit proces levert de hoogste kwaliteit oppervlakteafwerking op, met de strakste toleranties en de hoogste resolutie van alle kunststofprintmethoden. Chemische bindingen tussen de lagen zorgen ervoor dat de onderdelen isotroop zijn.

SLA-hars categorieën

SLA wordt veel gebruikt 3D afdrukmateriaal, die verschillende typen hebben, afhankelijk van hun gebruik: 

• Algemene harsen: Dankzij hun gladde, matte afwerking zijn ze geschikt voor conceptmodellen en visuele prototyping.
• Engineering HarsOntworpen om het gedrag van ABS en HDPE na te bootsen. Deze kunststoffen zijn bestand tegen compressie, buiging en stoten. Behuizingen, omhulsels en connectoren zijn standaardopties.
• Stijve harsenGevuld met glas of keramiek voor maximale stijfheid. Gebruikt in mallen en hulpstukken, evenals in hittebestendige componenten voor luchtstroom.
• Flexibel en Elastische Harsen: bootsen het gedrag van siliconen of rubber na. Deze harsen kunnen herhaaldelijk worden gebogen zonder te scheuren. Ideaal voor prototypes van medische apparaten.
• Hoge-Temp HarsBehouden hun vorm bij verhitting. Gebruikt voor mallen en inzetstukken, maar ook voor onderdelen die aan hitte worden blootgesteld.
• Biocompatibl naar HarsOntworpen voor tandheelkundige en medische toepassingen waar materiaalveiligheid vereist is.

SLA heeft de grootste materiaalkeuze van alle kunststofprintmethoden. De gekozen hars heeft een directe correlatie met de De mechanische en thermodynamische eisen van de toepassing. Ze zijn het meest geschikt voor conceptmodellen, visuele prototypes, behuizingen, omhulsels en mechanische onderdelen.

SLS 3D-printmaterialen

SLS-materialen 

SLS maakt gebruik van diverse materialen, waaronder thermoplasten, nylon, metaalpoeders en andere. Er zijn geen ondersteunende structuren nodig, omdat het niet-gesmolten poeder het onderdeel tijdens het printen ondersteunt. Het biedt Ongeëvenaarde ontwerpflexibiliteit voor complexe geometrieën. Standaard SLS-materiaal is nylon 12. Het is slagvast, sterk en bestand tegen vocht, UV-straling en chemicaliën. Het is een uitstekende keuze voor zowel functionele prototypes als productieonderdelen voor de uiteindelijke productie.

Nylon 11 is stijver dan nylon 12, maar heeft een hogere elasticiteit. Het is geschikt voor toepassingen waarbij taaiheid belangrijker is dan stijfheid. Voor toepassingen die structurele stijfheid vereisen, zijn nyloncomposieten verkrijgbaar die versterkt zijn met glas- of koolstofvezels. TPU voor SLS creëert flexibele, rubberachtige componenten met uitstekende UV-stabiliteit en schokabsorptie. De mechanische eigenschappen van SLS-onderdelen zijn vergelijkbaar met die van spuitgietonderdelen. De oppervlakteafwerking kan worden verbeterd door nabewerking, zoals trommelen en verven.

Metaal 3D-printmateriaal

Metaal voor 3D-printen

Metaalprinten wordt voornamelijk gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de medische sector. DMLS- en SLM-processen smelten het metaalpoeder laagje voor laagje samen, waardoor sterke onderdelen ontstaan ​​die moeilijk te repliceren zijn met traditionele bewerkingstechnieken.

Veelgebruikte metalen voor 3D-printen zijn onder andere:

• Titanium wordt gebruikt voor lichtgewicht, sterke en hittebestendige onderdelen in de lucht- en ruimtevaart en voor medische implantaten.
• Roestvrij staal wordt gebruikt voor corrosiebestendige, zeer sterke industriële componenten.
• Lichtgewicht constructieonderdelen en thermische beheercomponenten van aluminium.
• Nikkellegeringen worden gebruikt in turbineonderdelen en motoren die bestand zijn tegen hoge temperaturen.
• Gereedschapsstaal voor matrijzen en mallen, evenals slijtvast gereedschap.

Metaalprinten is duurder dan printen op plastic. Als je metaalachtige eigenschappen nodig hebt voor een lagere prijs, overweeg dan galvaniseren of het gieten van plastic onderdelen met behulp van SLA-modellen.

Hoe kies je de beste materialen voor 3D-printen?

Hieronder volgen enkele basisstappen voor het selecteren van geschikte 3D-printmaterialen. 

Stap 1: Bepaal je prestatieniveau

Lage prestatie

• Geen mechanische eisen, alleen visuele modellen of pasvormtesten.
• Geschikte materialen: PLA-harsen of gangbare SLA-harsen.
• Gebruiksvoorbeeld: Een ontwerper print een prototype van een telefoonhoesje om te controleren hoe het eruitziet en in de hand ligt. Er is geen sterke constructie nodig, dus standaard SLA-hars is voldoende.

Bescheiden prestatie

• Functionele prototypes die zich moeten gedragen als echte productieonderdelen.
• Geschikte materialen: ABS, technische SLA-harsen of SLS-nylon.
• Gebruiksvoorbeeld: Een ingenieur print een prototype van een klephuis dat onder lichte druk wordt getest om de pasvorm en basisfunctionaliteit te controleren voordat de massaproductie begint.

high performance

• Onderdelen die langdurig worden blootgesteld aan slijtage, hitte, chemicaliën of cyclische belasting.
• Geschikte materialen: SLS-nyloncomposieten of technische SLA-harsen.
• Gebruiksvoorbeeld: Een fabrikant print een beugel voor een auto-onderdeel onder de motorkap dat bestand moet zijn tegen temperatuurschommelingen, trillingen en incidenteel contact met motorvloeistoffen.

Stap 2: Specifieke materiaaleigenschappen afstemmen

Zodra je het gewenste prestatieniveau hebt bepaald, kies je de materialen die geschikt zijn voor het onderdeel.

• Slagvastheid: ABS in FDM of nylon, sterke harsen in SLA of Nylon 11 of 12.
• Flexibiliteit: TPU kan worden gebruikt met FDM, SLA of SLS.
• Hittebestendigheid: Geschikt voor hoge temperaturen of harde SLA-harsen. Nylon 12 voor SLS.
• Chemische bestendigheid: PETG voor FDM, harde harsen voor SLA, nylon voor SLS
• Stijfheid: Stijve SLA-harsen, SLS-nyloncomposieten, FDM-koolstofvezelcomposieten

Stap 3: Overweeg de afwegingen in het proces.

Het materiaal en het proces zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. SLA is een proces waarmee nauwe toleranties, gladde afwerkingen en een breed scala aan materialen mogelijk zijn. SLS is het voorkeursproces als interne geometrie belangrijker is. Nylon is de belangrijkste materiaalfamilie.

Fouten bij de materiaalkeuze 

Kies eerst het materiaal en definieer vervolgens de toepassing. Prioriteit wordt gegeven aan prestatie-eisen. Het materiaal wordt gekozen op basis van de functie die het onderdeel moet vervullen.

• Het negeren van anisotropie bij het ontwerpen van FDM-onderdelen. FDM-laaglijnen creëren richtingszwakte. Vóór de productie moeten FDM-onderdelen die belastingen dragen, worden georiënteerd.
• Foutieve berekening van de bedrijfstemperatuur. PLA wordt zacht bij verhitting tot temperaturen die vaak worden overschreden in auto-interieurs, industriële omgevingen en andere toepassingen. Controleer altijd de warmteverbuigingstemperatuur aan de hand van de werkelijke bedrijfsomstandigheden.
• Als gieten volstaat, is metaalprinten de beste optie. Met SLA-precisiegietmodellen kunnen metalen onderdelen voor veel toepassingen tegen lagere kosten en in een sneller tempo worden geproduceerd.

Conclusie 

Het belangrijkste onderdeel van elk 3D-printproject is de materiaalkeuze. De mogelijkheid om de prestatie-eisen af ​​te stemmen op de materiaaleigenschappen van FDM-kunststoffen, SLA-harsen, SLS-nylon en metalen, bepaalt het succes of falen van de onderdelen in de praktijk.

Het team van Boda heeft ervaring met alle belangrijke processen en materiaalsoorten. Ze kunnen u helpen de beste optie te kiezen en geld te besparen door dure herdrukken te voorkomen. contact om de materiaalkeuze voor uw volgende project te bespreken.

FAQ's

Welke materialen zijn geschikt voor het 3D-printen van functionele onderdelen? 

De belangrijkste opties zijn SLS Nylon 12, technische en stijve SLA-harsen. De keuze hangt af van de mechanische, thermische en chemische eisen van de toepassing.

Wat zijn de verschillen tussen FDM- en SLA-kunststoffen? 

FDM-filamenten zijn thermoplasten die smelten en vervolgens weer stollen. SLA-harsen zijn thermohardende kunststoffen die permanent uitharden onder invloed van UV-licht. SLA-onderdelen hebben een gladder oppervlak en zijn meer isotroop. FDM-onderdelen kunnen anisotroop zijn en zijn betaalbaarder voor eenvoudige toepassingen.

Welk proces biedt de beste vergelijking van 3D-printmaterialen voor functionele prototypes? 

Zowel SLA-kunststoffen als SLS-nylon produceren functionele en sterke prototypes. SLS biedt meer ontwerpvrijheid voor complexe geometrieën. SLA levert een hogere oppervlaktekwaliteit en een breder scala aan mogelijkheden. materiaaleigenschappen.

Welk materiaal is het meest geschikt voor het maken van auto-onderdelen met behulp van 3D-printing?

Voor auto-onderdelen is SLS Nylon 12 een veelgebruikte keuze omdat het goed bestand is tegen hitte, trillingen en mechanische spanning. Het wordt gebruikt voor luchtkanalen, klemmen, beugels en onderdelen onder de motorkap. Voor visuele of display-onderdelen geeft SLA-hars een gladder oppervlak.

Welk 3D-printmateriaal is het meest geschikt voor medische hulpmiddelen?

SLA-kunststoffen worden veel gebruikt in medische toepassingen omdat ze gladde, precieze onderdelen produceren. Biocompatibele kunststoffen zijn beschikbaar voor bijvoorbeeld chirurgische geleiders en tandheelkundige modellen. SLS-nylon wordt ook gebruikt voor prothetische componenten vanwege de sterkte en flexibiliteit.