Oletko koskaan miettinyt, miksi 3D-tulostusteknologia on kasvattanut suosiotaan ja korvannut vanhempia perinteisiä valmistustekniikoita?
Jos yrität luetella syitä, miksi tämä muutos tapahtuu, lista alkaa varmasti räätälöinnistä. Ihmiset etsivät personointia. He ovat vähemmän kiinnostuneita standardoinnista.
Ja juuri tämän ihmisten käyttäytymisen muutoksen ja 3D-tulostusteknologian kyvyn tyydyttää ihmisten personoinnin tarvetta räätälöinnin avulla ansiosta se pystyy korvaamaan perinteiset standardointiin perustuvat valmistustekniikat.
Joustavuus on piilevä tekijä ihmisten personoinninhaun takana. Ja se, että markkinoilla on saatavilla joustavia 3D-tulostusmateriaaleja, joiden avulla käyttäjät voivat kehittää yhä joustavampia osia ja toiminnallisia prototyyppejä, on joillekin käyttäjille puhdasta iloa.
3D-tulostettu muoti ja 3D-tulostetut proteesit ovat esimerkkejä sovelluksista, joissa 3D-tulostuksen joustavuutta tulisi arvostaa.
Kumin 3D-tulostus on alue, jota vielä tutkitaan ja jota ei ole vielä kehitetty. Mutta tällä hetkellä meillä ei ole kumin 3D-tulostusteknologiaa, ja ennen kuin kumi on täysin tulostettavaa, meidän on tyydyttävä vaihtoehtoihin.
Ja tutkimuksen mukaan lähimpänä kumia olevia vaihtoehtoja kutsutaan termoplastiseksi elastomeeriksi. Tässä artikkelissa tarkastelemme perusteellisesti neljää erilaista joustavaa materiaalia.
Näitä joustavia 3D-tulostusmateriaaleja kutsutaan TPU:ksi, TPC:ksi, TPA:ksi ja pehmeäksi PLA:ksi. Aloitamme antamalla lyhyen yleiskuvan joustavista 3D-tulostusmateriaaleista.
Mikä on joustavin filamentti?
Joustavien filamenttien valitseminen seuraavaan 3D-tulostusprojektiisi avaa uusia mahdollisuuksia tulostuksillesi.
Voit tulostaa flex-filamentillasi monenlaisia esineitä, ja jos sinulla on kaksi- tai monipäinen ekstruuderi, voit tulostaa tällä materiaalilla melko uskomattomia asioita.
Osia ja toiminnallisia prototyyppejä, kuten mittatilaustyönä tehtyjä varvassandaaleja, jännityspallojen päitä tai yksinkertaisesti tärinänvaimentimia, voidaan tulostaa tulostimellasi.
Jos olet päättänyt käyttää Flexi-filamentteja esineidesi painamiseen, onnistut varmasti tekemään mielikuvituksestasi mahdollisimman lähellä todellisuutta.
Kun alalla on nykyään niin paljon vaihtoehtoja, on vaikea kuvitella, kuinka kauan 3D-tulostuksen alalla on kulunut ilman tätä tulostusmateriaalia.
Käyttäjille joustavilla filamenteilla tulostaminen oli tuolloin hankalaa. Vaikeus johtui monista tekijöistä, jotka liittyivät yhteen yleiseen tosiasiaan: näiden materiaalien pehmeyteen.
Joustavan 3D-tulostusmateriaalin pehmeys teki niiden tulostamisesta riskialtista millä tahansa tulostimella, sen sijaan tarvittiin jotain todella luotettavaa.
Useimmissa tuolloin tulostimissa oli narun työntöefektin ongelma, joten aina kun työnsit jotain tuolloin jäykkyyttä vailla olevaa suuttimen läpi, se taipui, kiertyi ja taisteli sitä vastaan.
Jokainen, joka tuntee langan kaatamisen neulasta minkä tahansa kankaan ompeluun, voi samaistua tähän ilmiöön.
Työntövaikutuksen ongelman lisäksi pehmeämpien filamenttien, kuten TPE:n, valmistus oli erittäin haastavaa, varsinkin hyvillä toleransseilla.
Jos otat huomioon huonon toleranssin ja aloitat valmistuksen, on mahdollista, että valmistamasi filamentti joutuu läpikäymään huonon yksityiskohtien käsittelyn, puristamisen ja puristusprosessin.
Mutta asiat ovat muuttuneet, ja tällä hetkellä on olemassa laaja valikoima pehmeitä filamentteja, joista osa on jopa elastisia ja pehmeysasteeltaan vaihtelevia. Pehmeä PLA, TPU ja TPE ovat esimerkkejä.
Shore-kovuus
Tämä on yleinen kriteeri, jonka filamenttivalmistajat saattavat mainita 3D-tulostusmateriaalinsa nimen vieressä.
Shore-kovuus määritellään mittana, jolla jokainen materiaali kestää painumaa.
Tämä asteikko keksittiin aiemmin, kun ihmisillä ei ollut mitään viitekehystä puhuttaessa minkään materiaalin kovuudesta.
Ennen Shore-kovuuden keksimistä ihmisten piti selittää kokeilemansa materiaalin kovuus omien kokemustensa avulla muille sen sijaan, että he olisivat maininneet kovuuden numerona.
Tästä mittakaavasta tulee tärkeä tekijä harkittaessa, mikä muottimateriaali valitaan toiminnallisen prototyypin osan valmistukseen.
Esimerkiksi, kun haluat valita kahden kumin välillä kipsillä seisovan balettitanssijan muotin tekemiseen, Shore-kovuus kertoo sinulle, että lyhytkovuus 70 A on vähemmän hyödyllinen kuin kumi, jonka Shore-kovuus on 30 A.
Yleensä filamenttien kanssa työskennellessäsi tiedät, että joustavan materiaalin suositeltu shore-kovuus vaihtelee 100 A:n ja 75 A:n välillä.
Jossa on luonnollisesti selvää, että joustava 3D-tulostusmateriaali, jonka Shore-kovuus on 100 A, on kovempaa kuin 75 A:n Shore-kovuus.
Mitä ottaa huomioon joustavaa filamenttia ostaessa?
Filamentteja ostettaessa on otettava huomioon useita tekijöitä, ei vain joustavia filamentteja.
Sinun tulisi aloittaa keskipisteestä, joka on sinulle tärkein, esimerkiksi materiaalin laadusta, joka johtaa toimivan prototyypin hyvännäköiseen osaan.
Sitten sinun tulisi miettiä toimitusketjun luotettavuutta, eli kerran 3D-tulostuksessa käyttämäsi materiaalin tulisi olla jatkuvasti saatavilla, muuten päädyt käyttämään mitä tahansa rajallista 3D-tulostusmateriaalia.
Kun olet miettinyt näitä tekijöitä, sinun kannattaa harkita korkeaa elastisuutta ja laajaa värivalikoimaa. Kaikkia joustavia 3D-tulostusmateriaaleja ei nimittäin ole saatavilla haluamassasi värissä.
Kun olet ottanut huomioon kaikki nämä tekijät, voit vertailla yrityksen asiakaspalvelua ja hintaa muihin markkinoilla oleviin yrityksiin.
Listaamme nyt joitakin materiaaleja, joita voit valita joustavan osan tai toiminnallisen prototyypin tulostamiseen.
Joustavien 3D-tulostusmateriaalien luettelo
Kaikilla alla mainituilla materiaaleilla on joitakin perusominaisuuksia, kuten ne ovat kaikki luonteeltaan joustavia ja pehmeitä. Materiaaleilla on erinomainen väsymiskestävyys ja hyvät sähköiset ominaisuudet.
Niillä on erinomainen tärinänvaimennus ja iskunkestävyys. Nämä materiaalit ovat kemikaaleja ja sään vaikutuksia kestäviä, ja niillä on hyvä repäisy- ja hankauskestävyys.
Kaikki ne ovat kierrätettäviä ja niillä on hyvä iskunvaimennuskyky.
Tulostimen edellytykset joustavilla 3D-tulostusmateriaaleilla tulostamiseen
On olemassa joitakin standardeja, jotka sinun tulee ottaa huomioon tulostimessasi ennen näillä materiaaleilla tulostamista.
Tulostimen ekstruuderin lämpötila-alueen tulisi olla 210–260 celsiusastetta, kun taas alustan lämpötila-alueen tulisi olla ympäristön lämpötilasta 110 celsiusasteeseen tulostettavan materiaalin lasittumislämpötilasta riippuen.
Suositeltu tulostusnopeus joustavilla materiaaleilla tulostettaessa voi olla viidestä millimetristä sekunnissa kolmeenkymmeneen millimetriin sekunnissa.
3D-tulostimesi ekstruuderijärjestelmän tulisi olla suoravetoinen, ja jäähdytystuulettimen käyttöä suositellaan osien ja valmistamiesi toiminnallisten prototyyppien nopeampaa jälkikäsittelyä varten.
Näillä materiaaleilla tulostamisen haasteet
Tietenkin on joitakin seikkoja, jotka sinun on otettava huomioon ennen näillä materiaaleilla tulostamista käyttäjien aiemmin kohtaamien vaikeuksien perusteella.
-Termoplastisten elastomeerien tiedetään kestävän huonosti tulostimen ekstruuderit.
-Ne imevät kosteutta, joten odota tulosteesi suurenevan kooltaan, jos filamenttia ei säilytetä oikein.
-Termoplastiset elastomeerit ovat herkkiä nopeille liikkeille, joten ne saattavat rypistyä työnnettäessä niitä ekstruuderin läpi.
TPU
TPU on lyhenne sanoista termoplastinen polyuretaani. Se on erittäin suosittu markkinoilla, joten joustavia filamentteja ostaessasi on suuri todennäköisyys, että törmäät tähän materiaaliin useammin kuin muihin filamentteihin.
Se on markkinoilla kuuluisa suuremmasta jäykkyydestään ja helpommasta pursoutumisestaan verrattuna muihin filamentteihin.
Tällä materiaalilla on kohtuullinen lujuus ja kestävyys. Sen elastisuusalue on korkea, noin 600–700 prosenttia.
Tämän materiaalin shore-kovuus vaihtelee 60 A:sta 55 D:hen. Sillä on erinomainen painettavuus ja se on puoliläpinäkyvä.
Sen kemiallinen kestävyys luonnossa esiintyviä rasvoja ja öljyjä vastaan tekee siitä sopivamman käytettäväksi 3D-tulostimien kanssa. Tällä materiaalilla on korkea kulutuskestävyys.
TPU-muovilla tulostettaessa on suositeltavaa pitää tulostimen lämpötila 210–230 celsiusasteen välillä ja alustan lämpötilan lämmittämättömän ja 60 celsiusasteen välillä.
Kuten edellä mainittiin, tulostusnopeuden tulisi olla viidestä kolmeenkymmeneen millimetriin sekunnissa, kun taas alustan kiinnittämiseen on suositeltavaa käyttää Kaptonia tai maalarinteippiä.
Ekstruuderin tulisi olla suoravetoinen, eikä jäähdytystuulettimen käyttöä suositella ainakaan tämän tulostimen ensimmäisille kerroksille.
TPC
Ne ovat lyhenne termoplastisesta kopolyesteristä. Kemiallisesti ne ovat polyeetteriestereitä, joissa on vuorotellen satunnaisesti pituusjärjestyksen mukaan joko pitkä- tai lyhytketjuisia glykoleja.
Tämän osan kovat segmentit ovat lyhytketjuisia esteriyksiköitä, kun taas pehmeät segmentit ovat yleensä alifaattisia polyeettereitä ja polyesteriglykoleja.
Koska tätä joustavaa 3D-tulostusmateriaalia pidetään teknisesti laadukkaana materiaalina, sitä ei näe yhtä usein kuin TPU:ta.
TPC:llä on alhainen tiheys ja sen elastisuusalue on 300–350 prosenttia. Sen Shore-kovuus vaihtelee 40:stä 72 D:hen.
TPC:llä on hyvä kemikaalienkestävyys ja korkea lujuus sekä hyvä lämmönkestävyys ja lämpötilan kestävyys.
TPC:llä tulostettaessa on suositeltavaa pitää lämpötila 220–260 celsiusasteen välillä, alustan lämpötila 90–110 celsiusasteen välillä ja tulostusnopeus sama kuin TPU:lla.
TPA
TPE:n ja nailonin kemiallinen kopolymeeri, nimeltään termoplastinen polyamidi, on yhdistelmä nailonin sileää ja kiiltävää rakennetta sekä TPE:n joustavuutta.
Sen joustavuus ja elastisuus ovat 370–497 prosenttia ja Shore-kovuus 75–63 A.
Se on poikkeuksellisen kestävä ja sen painettavuus on yhtä hyvä kuin TPC:llä. Sillä on hyvä lämmönkestävyys sekä kerrosten tarttuvuus.
Tulostimen ekstruuderin lämpötilan tulostuksen aikana tulisi olla 220–230 celsiusastetta, kun taas alustan lämpötilan tulisi olla 30–60 celsiusastetta.
Tulostimesi tulostusnopeus voi olla sama kuin TPU- ja TPC-tulostuksessa suositellaan.
Tulostimen alustan kiinnityksen tulee olla PVA-pohjainen ja ekstruuderijärjestelmä voi olla sekä suoravetoinen että Bowden-vetoinen.
Julkaisun aika: 10.7.2023