Krótki przewodnik po materiałach do druku 3D dla przemysłu
Co można wydrukować w 3D i jakich materiałów do tego użyć, aby gotowy element spełniał wymagania zastosowań przemysłowych? Oto krótki przewodnik po filamentach, które z powodzeniem mogą zastąpić tworzywa na co dzień wykorzystywane w produkcji przy użyciu konwencjonalnych metod wytwarzania.
O druku 3D mówi się coraz więcej. Stosuje go między innymi branża samochodowa, lotnicza, AGD, petrochemiczna czy medyczna. O jakości końcowego wydruku decyduje drukarka, jaką w procesie produkcji wykorzysta przedsiębiorstwo, oraz materiał, jakiego użyje. O ile na ogromnym rynku maszyn drukujących możemy znaleźć te dedykowane dla przemysłu – to drukarki profesjonalne, w pakiecie z którymi firma dostaje też opiekę specjalistycznego zespołu, doradztwo i szkolenia – o tyle paleta dostępnych filamentów wciąż dla wielu przedsiębiorców pozostaje tajemnicą.
Jak rozszyfrować nazwy poszczególnych materiałów i do czego ich użyć?
PEI/ULTEM™ – odporność na temperaturę i chemikalia
Polieteroimid (PEI) jest niepalny i wykazuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz termiczną. Z tego powodu sprawdza się wszędzie tam, gdzie wymaga się dużej odporności na temperaturę oraz chemikalia, a więc m.in. w branży lotniczej, motoryzacyjnej, elektronicznej oraz medycznej.
– Warto pamiętać, że jest to materiał wymagający specjalnych warunków podczas drukowania i temperatury minimum 180 stopni Celsjusza w komorze drukującej. Takie warunki spełniają profesjonalne drukarki przemysłowe. W odpowiednim przygotowaniu do procesu druku tego materiału mogą też pomóc producenci sprzętu. Wiedza i doświadczenie ekspertów są bezcenne, gdy w grę wchodzi druk wysokowytrzymałych materiałów, nierzadko wykorzystywanych w odpowiedzialnych konstrukcjach i aplikacjach – mówi Remigiusz Synowiec, Product Manager z 3DGence.
Jednymi z najczęściej spotykanych na rynku gatunków polieteroimidu są materiały dystrybuowane przez firmę SABIC pod nazwami handlowymi ULTEM™. Tego rodzaju filamenty coraz częściej zastępują metal i tworzywa termoutwardzalne. Ten materiał spełnia normy lotnicze dla tworzyw sztucznych. Odznacza się klasą palności V0 wg normy UL94, oraz ma dobre właściwości FST (Flame, Smoke, Toxicity).
Wykorzystywany jest przede wszystkim w produkcji systemów elektrycznych i oświetleniowych, np. do wytwarzania reflektorów, elementów zapłonu i silników, przełączników elektrycznych, ramek i gniazd żarówek. Znajdzie swoje zastosowanie także w branży medycznej do produkcji wyrobów medycznych jednorazowego i wielokrotnego użytku czy obudów sond oraz monitorów.
PEEK – praca w wysokiej temperaturze
Semikrystaliczny polimer z rodziny poliaryloeteroketonów, czyli PEEK, charakteryzuje się dużą odpornością na wysokie temperatury, dlatego można go wykorzystać tam, gdzie temperatura pracy sięga nawet 240 stopni Celsjusza. Jest wytrzymały i niewrażliwy na wiele odczynników chemicznych. Granica plastyczności materiału może sięgać wartości zbliżonych do granicy plastyczności aluminium. Jest materiałem wymagającym odpowiednich temperatur w procesie druku – aby uzyskać najlepszą jakość wydruku, należy zapewnić około 360 - 400 stopni Celsjusza na głowicy drukującej oraz około 60 stopni Celsjusza w komorze druku.
– W ostatnim czasie materiałem tym żywo zainteresowana jest branża medyczna. W tym sektorze PEEK można zastosować choćby do produkcji instrumentów stomatologicznych, endoskopów czy dializatorów. Poza tym z właściwości tego filamentu szeroko korzystają firmy z branży automotive czy lotniczej. PEEK może służyć np. do wytwarzania elementów takich jak łożyska, części tłoków, pompy, zawory czy elementy izolacyjne – tłumaczy Mikołaj Skorupa, 3D Printing Application Engineer z 3DGence.
PEEK w branży lotniczej od pewnego czasu zastępuje elementy metalowe w niektórych częściach samolotu, między innymi silnika. Wykorzystany w elementach zewnętrznej konstrukcji zapewnia doskonałą odporność na korozję spowodowaną wilgocią. Stosuje się go także do produkcji zwijanych rurek do ochrony przewodów i włókien światłowodowych w instalacjach elektrycznych samolotów.
PEKK – doskonałe właściwości mechaniczne
PEKK to materiał bardzo zbliżony do PEEK, ma jednak m.in. wyższą temperaturę zeszklenia, a także niższą prędkość krystalizacji, co pozwala na łatwiejszą kontrolę nad procesem druku 3D. Filament ten charakteryzuje się dużą sztywnością, wytrzymałością i odpornością na zużycie i dzięki temu w niektórych aplikacjach jest w stanie zastąpić elementy zwykle wykonywane ze stali lub innych stopów metali.
Jest szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym i chemicznym do wytwarzania elementów konstrukcyjnych, w tym kół zębatych, tulei, łożysk, wałów, uszczelnień zaworów kulowych. Ze względu na wyjątkową odporność termiczną PEKK nadaje się do sterylizacji, co sprawia, że może zostać wykorzystany w medycynie oraz mieć kontakt z żywnością. Służy więc też do produkcji narzędzi dentystycznych, implantów medycznych i naczyń kuchennych.
– Wydruki z PEKK stosuje między innymi Brzeska Fabryka Pomp i Armatury MEPROZET Sp. z o.o., która wytwarza z tego materiału elementy do pasowego separatora oleju. To urządzenie służące do usuwania oleju nagromadzonego w cieczy chłodzącej. Materiał PEKK jest w tym przypadku zamiennikiem komponentów ze stali gatunku AISI 316 i pozwala na zmniejszenie zużycia pasa transportowego, ponieważ wydrukowana część jest odporna chemicznie na większość rodzajów chłodziwa i olejów – wyjaśnia Mikołaj Skorupa, 3D Printing Application Engineer z 3DGence.
PA-CF i PA-GF – poliamidy zbrojone o dużej sztywności
Materiały wzmocnione włóknem węglowym lub szklanym. Są to tworzywa powszechnie wykorzystywane w procesie wtrysku w przemyśle. Wydrukowane z nich modele mają matową powierzchnię, charakteryzują się zwiększoną odpornością termiczną, twardością oraz wytrzymałością. Co ciekawe, filament ten może być użyty także w procesie druku 3D w drukarkach desktopowych.
Wydruki z PA-CF i PA-GF z powodzeniem zastępują w wielu aplikacjach elementy metalowe. Wykorzystuje je przede wszystkim branża lotnicza, produkując części samolotów bezzałogowych. Sprawdzą się także jako materiał do wytwarzania oprzyrządowania produkcyjnego.
Wybór odpowiedniego filamentu to jeden z czynników gwarantujących wysokiej jakości wydruki, które można zastosować w procesie produkcyjnym lub w gotowych produktach końcowych. Oferta dostępna na rynku jest już dziś bogata i nieustannie się rozszerza. Trend ten najprawdopodobniej nie zmieni się w ciągu najbliższych lat, dlatego warto poznać możliwości, jakie przemysłowi daje technologia druku 3D i właściwie dobrane materiały.
source: 3DGence