Материалы для 3D-печати: виды, свойства и как выбрать лучший вариант.

Материалы для 3D-печати

Выбор оптимального материала для 3D-печати зависит от того, для чего предназначена ваша деталь. PLA и ABS хорошо подходят для прототипирования. Нейлоны, полученные методом селективного лазерного спекания (SLS), и конструкционные смолы используются для функциональных деталей. Металлическая печать применяется в высокопроизводительных промышленных приложениях. Выбор подходящего процесса следует основывать на сравнении материала с требованиями к его характеристикам.

Понимание 3D-материалов важно, особенно на этапах перехода от концептуальных моделей к функциональному применению. Визуальный прототип из PLA-пластика хорошо смотрится на столе. При нагревании он трескается и размягчается. Важно знать, какие материалы выдерживают какие нагрузки.

Boda Tech предоставляет полный спектр услуг. Сервис 3D-печатиот выбора материалов до окончательного производства продукции на заказ. 3D печать проекты. Независимо от того, выбираете ли вы пластик для прототипа или металлы для функциональных компонентов, наша команда поможет вам подобрать подходящий материал и технологию для вашего применения.

Какие материалы можно использовать в 3D-печати?

Материалы, используемые в 3D-печати, обычно делятся на две основные категории: 3D-печать пластиком  и 3D-печать металлов.

Термореактивные пластмассы против термопластов: ключевое различие.

Прежде чем сравнивать материалы, важно понимать, какие два основных типа пластика используются для 3D-печати.

Термопласты:

• Может многократно плавиться и затвердевать. Используется в FDM и SLS печати. ​​Примеры применения: PLA, ABS, PETG, нейлон и TPU.
• В автомобильной промышленности для изготовления зажимов и кронштейнов используются термопластичные нейлоновые детали, поскольку этот материал можно переплавить при необходимости внесения изменений в конструкцию.
• Предпочтителен в производстве, ориентированном на переработку отходов, поскольку отходы могут быть переработаны.

Термореактивные:

• Эти смолы полностью отверждаются под воздействием УФ-излучения или тепла и не подлежат повторному расплавлению. Смолы для SLA-печати являются термореактивными. Они позволяют получать гладкие, изотропные детали с постоянной прочностью во всех направлениях.
• В зуботехнических лабораториях для изготовления хирургических шаблонов используются термореактивные смолы, полученные методом SLA (Slair Alternate Alternate), поскольку их постоянная твердость и стабильность размеров имеют решающее значение.
• Лучше, чем термопласты, в тех случаях, когда нельзя жертвовать термостойкостью и качеством поверхности, например, при изготовлении моделей для литья ювелирных изделий.

Новые материалы:

Вот некоторые перспективные материалы для 3D-печати.

• Биоразлагаемые термопласты, такие как смеси полимолочной кислоты (PLA) на растительной основе, набирают популярность в упаковочной промышленности и производстве потребительских товаров.
• Углеродсодержащий нейлон сочетает в себе возможность вторичной переработки и жесткость, близкую к металлической, и используется в аэрокосмической отрасли и робототехнике.
• Разрабатываются термореактивные смолы с керамическим наполнителем для применения в промышленности в условиях экстремальных температур.

Материалы для 3D-печати FDM

Филаменты для FDM-печати 

Технология FDM расплавляет термопластик и наносит его послойно. Это наиболее доступный и недорогой метод печати, хорошо подходящий для простых функциональных деталей и базовых прототипов.

АБС против ПЛА

Это наиболее часто используемый метод сравнения при выборе материалов для FDM-печати.

PLA Это один из самых простых в печати материалов для FDM-печати. ​​Он биоразлагаем и не имеет запаха. Идеально подходит для визуальных прототипов и концептуальных моделей. Его недостаток — низкая термостойкость (размягчается примерно при 60 °C) и хрупкость при ударах.

Идеально подходит для визуальных прототипов и концептуальных моделей. Выбирайте PLA для настольного прототипирования, где не требуется термостойкость.

ABS Выдерживает температуру до 100 °C. Идеально подходит для функциональных прототипов, подверженных механическим нагрузкам. Это компромисс между необходимостью подогреваемой печатной платформы и обеспечением надлежащей вентиляции.

ABS-пластик лучше всего подходит для функциональных прототипов, подверженных механическим нагрузкам. Выбирайте ABS, если деталь должна выдерживать температуру до 100°C.

ABS или PLA — не лучший выбор для серийного производства деталей. Как конструкционные смолы, так и нейлон, полученный методом селективного лазерного спекания (SLS), превосходят их по механическим характеристикам.

Дополнительные ключевые материалы для FDM-печати

Анизотропия является серьезным ограничением в технологии FDM. Адгезия слоев создает направленную слабость. Ориентация печати важна, если ваша деталь будет подвергаться направленным нагрузкам.

Материалы для 3D-печати методом SLA

Материал для 3D-печати методом SLA 

SLA — это процесс, в котором для затвердевания жидкой смолы используется лазер. Этот процесс обеспечивает высочайшее качество поверхности с самыми жесткими допусками и самым высоким разрешением среди всех методов печати пластиком. Химические связи между слоями делают детали изотропными.

Категории смол SLA

SLA — широко используемый 3D печатный материалИмея разные типы в зависимости от их применения: 

• Смолы общего назначения: Благодаря гладкой матовой поверхности идеально подходит для создания концептуальных моделей и визуального прототипирования.
• Проект и СмолыРазработаны для имитации свойств АБС-пластика и ПНД. Эти смолы выдерживают сжатие, изгиб и удары. Корпуса, кожухи и разъемы предлагаются в стандартном исполнении.
• Жесткие смолыНаполнен стеклом или керамикой для максимальной жесткости. Используется в приспособлениях и оснастке, а также в высокотемпературных компонентах для обеспечения циркуляции воздуха.
• Гибкий Подход и Эластичный Смолы: имитируют свойства силикона или резины. Эти смолы можно многократно сгибать без разрывов. Идеально подходят для прототипирования медицинских изделий.
• Высокий–Температура СмолыСохраняют свою форму при нагревании. Используются для изготовления пресс-форм и вставок, а также деталей, подвергающихся воздействию высоких температур.
• Biocompatibl в СмолыПредназначен для применения в стоматологии и медицине, где требуется безопасность материалов.

Технология SLA предлагает самый широкий выбор материалов среди всех методов печати пластиком. Выбор смолы напрямую коррелирует с... Они отвечают механическим и термодинамическим требованиям конкретного применения. Они лучше всего подходят для концептуальных моделей, визуальных прототипов, корпусов, кожухов и механических деталей.

Материалы для 3D-печати SLS

СЛС материалы 

Технология SLS использует различные материалы, включая термопласты, нейлон, металлические порошки и другие. Опорные конструкции не требуются, поскольку несплавленный порошок поддерживает деталь во время печати. ​​Она предлагает Непревзойденная гибкость проектирования для сложных геометрических форм. Стандартный материал для SLS-печати — нейлон 12. Он ударопрочный, прочный и устойчив к влаге, УФ-излучению и химическим веществам. Это отличный выбор как для функциональных прототипов, так и для компонентов, предназначенных для конечного производства.

Нейлон 11 жестче, чем нейлон 12, но обладает большей эластичностью. Он подходит для применений, где прочность важнее жесткости. Для применений, требующих высокой жесткости конструкции, доступны нейлоновые композиты, армированные стекловолокном или углеродным волокном. Термопластичный полиуретан (ТПУ) для селективного лазерного спекания (SLS) позволяет создавать гибкие, похожие на резину компоненты с превосходной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и амортизацией. Механические характеристики деталей, изготовленных методом селективного лазерного спекания (SLS), аналогичны характеристикам деталей, изготовленных методом литья под давлением. Качество поверхности можно улучшить с помощью постобработки, такой как галтовка и окрашивание.

Металлический материал для 3D-печати

Металл для 3D-печати

Технология печати металлом используется преимущественно в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях. Процессы DMLS и SLM послойно сплавляют металлический порошок, создавая прочные детали, которые трудно воспроизвести с помощью традиционной механической обработки.

К распространенным металлам для 3D-печати относятся:

• Титан используется для изготовления легких, прочных и термостойких компонентов в аэрокосмической отрасли и медицинских имплантатах.
• Нержавеющая сталь используется для изготовления коррозионностойких, высокопрочных промышленных компонентов.
• Алюминиевые конструкционные легкие детали и компоненты для терморегулирования.
• Никелевые сплавы используются в высокотемпературных компонентах турбин и двигателей.
• Инструментальная сталь для штампов и пресс-форм, а также для износостойкой оснастки.

Печать металлом обходится дороже, чем печать на пластике. Если вам нужны свойства, схожие с металлическими, по более низкой цене, рассмотрите гальваническое покрытие или литье пластиковых деталей по шаблонам SLA.

Как выбрать лучшие материалы для 3D-печати?

Ниже приведены основные шаги, которые необходимо выполнить для выбора подходящих материалов для 3D-печати. 

Шаг 1: Определите свой уровень подготовки.

Низкая производительность

• Никаких технических требований, только визуальные модели или примерка.
• Подходящие материалы: смолы PLA или обычные смолы для SLA-печати.
• Пример использования: Дизайнер печатает макет чехла для телефона, чтобы проверить, как он выглядит и лежит в руке. Прочность не требуется, достаточно обычной SLA-смолы.

Скромная производительность

• Функциональные прототипы, которые должны вести себя как реальные серийные детали.
• Подходящие материалы: АБС-пластик, конструкционные SLA-смолы или SLS-нейлоны.
• Пример использования: Инженер печатает прототип корпуса клапана, который будет протестирован под небольшим давлением для подтверждения соответствия размеров и основных функций перед началом серийного производства.

Высокие эксплуатационные характеристики

• Детали, подвергающиеся длительному износу, воздействию высоких температур, химических веществ или циклическим нагрузкам.
• Подходящие материалы: нейлоновые композиты, полученные методом селективного лазерного спекания (SLS), или конструкционные смолы, полученные методом селективного лазерного спекания (SLA).
• Пример использования: Производитель печатает кронштейн для автомобильного компонента, расположенного под капотом, который должен выдерживать температурные циклы, вибрацию и периодический контакт с моторными жидкостями.

Шаг 2: Подберите материалы с заданными свойствами.

Определив необходимый уровень производительности, выберите материалы, подходящие для данной детали.

• Ударопрочность: ABS, изготовленный методом FDM или из нейлона, прочные смолы, изготовленные методом SLA или из нейлона 11 или 12.
• Гибкость: TPU можно использовать с технологиями FDM, SLA или SLS.
• Термостойкость: высокотемпературные или жесткие смолы для SLA-печати. ​​Нейлон 12 для SLS-печати.
• Химическая стойкость: ПЭТГ для FDM, жесткие смолы для SLA, нейлон для SLS.
• Жесткость: Жесткие смолы SLA, нейлоновые композиты SLS, композиты из углеродного волокна FDM.

Шаг 3: Рассмотрите компромиссы в процессе.

Материал и процесс взаимозависимы. SLA — это процесс, позволяющий получать жесткие допуски, гладкую поверхность и работать с широким спектром материалов. SLS — предпочтительный процесс, если важнее внутренняя геометрия. Нейлон — основное семейство материалов.

Ошибки выбора материала 

Сначала выберите материал, затем определите область применения. Приоритет отдается требованиям к характеристикам. Материал определяется тем, что должна делать деталь.

• При проектировании деталей, изготовленных методом FDM, анизотропия игнорируется. Линии слоев FDM создают направленную слабость. Перед началом производства детали, подвергающиеся нагрузкам, необходимо ориентировать.
• Неверный расчет рабочей температуры. PLA размягчается при нагревании до температур, обычно превышающих те, которые используются в салонах автомобилей, промышленных условиях и других областях применения. Всегда сверяйте температуру деформации под воздействием тепла с реальными условиями эксплуатации.
• Если достаточно литья, следует выбрать технологию печати по металлу. Изготовление металлических деталей методом литья по выплавляемым моделям с использованием технологии SLA позволяет производить детали из металла с меньшими затратами и большей скоростью для многих применений.

Заключение 

Наиболее важной частью любого проекта 3D-печати является выбор правильного материала. Способность сопоставить требуемые характеристики со свойствами материалов, используемых в FDM-печати пластиками, SLA-печати смолами или SLS-печати нейлоном, а также металлами, определяет успех или неудачу деталей в реальных условиях эксплуатации.

Команда Boda Tech обладает опытом работы со всеми основными процессами и типами материалов. Они помогут вам выбрать оптимальный вариант и сэкономить деньги, избежав дорогостоящих перепечаток. Свяжитесь с нами чтобы обсудить выбор материалов для вашего следующего проекта.

Часто задаваемые вопросы

Какие материалы подходят для 3D-печати функциональных деталей? 

Основные варианты — это нейлон SLS 12, конструкционные и жесткие смолы SLA. Выбор зависит от механических, термических и химических требований конкретного применения.

В чём разница между пластиками, изготовленными методами FDM и SLA? 

Филаменты FDM — это термопласты, которые плавятся, а затем снова затвердевают. Смолы SLA — это термореактивные полимеры, которые окончательно затвердевают под воздействием ультрафиолетового излучения. Детали, изготовленные методом SLA, имеют более гладкую поверхность и обладают большей изотропностью. Детали, изготовленные методом FDM, могут быть анизотропными и более доступны по цене для простых задач.

Какой процесс обеспечивает наилучшее сравнение материалов для 3D-печати функциональных прототипов? 

Как конструкционные смолы, полученные методом SLA, так и нейлон, полученный методом SLS, позволяют создавать функциональные и прочные прототипы. SLS обеспечивает большую свободу проектирования сложных геометрических форм. SLA обеспечивает более высокое качество поверхности, а также более широкий диапазон возможностей. Свойства материала.

Какой материал лучше всего подходит для изготовления автомобильных деталей с помощью 3D-печати?

Для автомобильных деталей SLA-полимерный нейлон 12 является распространенным выбором, поскольку он хорошо выдерживает высокие температуры, вибрацию и механические нагрузки. Он используется для воздуховодов, зажимов, кронштейнов и компонентов под капотом. Для деталей, предназначенных для визуального оформления или демонстрации, SLA-полимерная смола обеспечивает более гладкую поверхность.

Какой материал для 3D-печати лучше всего подходит для медицинских изделий?

Инженерные смолы, полученные методом SLA (Sl-Layout), широко используются в медицине, поскольку позволяют получать гладкие и точные детали. Доступны биосовместимые смолы для таких изделий, как хирургические направляющие и стоматологические модели. Нейлон, полученный методом SLS, также используется для изготовления компонентов протезов благодаря своей прочности и гибкости.