Jak wybrać odpowiednie włókna do swojej drukarki 3D?

Tak jak tradycyjne drukarki potrzebują tuszu, tak drukarki 3D potrzebują specjalnych plastikowych włókien (filamentów), które pozwalają na tworzenie trójwymiarowych przedmiotów o różnych kształtach i rozmiarach. Wybór odpowiedniego filamentu ma kluczowe znaczenie - wpływa na odporność wydruku na ciepło, wytrzymałość mechaniczną, elastyczność oraz łatwość obróbki. To właśnie od rodzaju filamentu zależy, czy dany element będzie mógł pełnić funkcję elementu konstrukcyjnego, czy raczej dekoracyjnego. Przeczytaj, jak wybrać odpowiednie włókna do drukarki 3D, aby Twoje wydruki były nie tylko estetyczne, ale i funkcjonalne.

Zasadę działania klasycznych drukarek 3D (tzw. FDM/FFF) przedstawiliśmy już w jednym z poprzednich artykułów, ale przypomnijmy ją krótko:

Podczas drukowania 3D głowica drukarki topi materiał zapasowy (filament) i precyzyjnie nakłada go warstwami na stół roboczy oraz na już uformowane części wydruku, zgodnie z zaprogramowanym modelem. Stopiony plastik bardzo szybko twardnieje, dzięki czemu kolejne warstwy mogą być nakładane bez zniekształceń. Po zakończeniu drukowania - czyli po ułożeniu ostatniej warstwy - gotowy obiekt można bezpiecznie zdjąć z podkładki. Więcej o zasadzie działania drukarki 3D przeczytasz w artykule: Jak działa drukarka 3D: Podstawowa technologia drukowania 3D.

Co to są filamenty do drukowania 3D?

Filament to plastikowy „sznurek” eksploatacyjny wykorzystywany przez drukarki 3D. Jest nawijany na szpulę, którą umieszcza się w drukarce. Podczas pracy urządzenie odwija i podaje odpowiednią ilość materiału, topiąc go i nakładając warstwowo zgodnie z modelem 3D.

Czym różnią się filamenty? Filamenty można podzielić według różnych kryteriów:

• rodzaj materiału (niektóre są odporne mechanicznie, inne są elastyczne itp.),
• średnica filamentu (standard to 1,75 mm dla małych przedmiotów i 2,85 mm dla średnich przedmiotów),
• czystość materiału (niektóre filamenty mogą zwierać domieszki, które nadają im specjalne właściwości),
• bezpieczeństwo  i wpływ na zdrowie (niektóre włókna są nawet biodegradowalne),
• odporność na temperaturę,
• łatwość druku

Rozróżniamy również producentów filamentów — niektórzy z nich cieszą się doskonałą opinią w społeczności użytkowników drukarek 3D dzięki wysokiej jakości i powtarzalności produktów, inni znani są głównie z tańszych materiałów, które bywają mniej stabilne, ale atrakcyjne cenowo. Najczęściej stosowane materiały oraz ich podstawowe właściwości zostały podsumowane w poniższej tabeli:

Najlepsze materiały do druku 3D w technologii FDM: cechy, które warto znać

Na rynku filamentów do druku 3D można znaleźć szeroką gamę materiałów. Do najpopularniejszych należą PLA, PET-G, TPE i ABS. Materiały te, dzięki łatwości drukowania i wystarczającej wytrzymałości, są idealnym wyborem dla początkujących w druku 3D. Całkowitym liderem jest jednak PLA - to jeden z najczęściej wykorzystywanych filamentów na świecie, oferujący szeroką gamę kolorystyczną, pozwalającą na tworzenie oryginalnych i przyciągających wzrok modeli 3D.

PLA filament (Polylaktid)

Filament PLA jest jednym z  najpopularniejszych i najczęściej stosowanych materiałów do druku 3D. Dzięki stosunkowo niskiej temperaturze topnienia (około 180°C) i dobrej konsystencji wydruku jest idealnym materiałem dla początkujących.

Podstawą filamentów PLA jest kwas polimlekowy, który jest wytwarzany ze skrobi lub trzciny cukrowej. Jest to łańcuch (polimer) kwasu mlekowego, powszechnie obecny w ludzkim ciele - powstaje podczas  intensywnego wysiłku fizycznego i bywa związany z bólem mięśni. Filamenty PLA są przyjazne dla środowiska, ulegają szybkiemu rozkładowi w warunkach naturalnych, co sprawia, że często określa się je mianem bioplastików.

Produkty wykonane z włókien PLA cechują się estetycznym wyglądem, jednak nie są elastyczne i mają ograniczoną odporność mechaniczną oraz termiczną (do około 60°C). Wydruki z PLA są dość delikatne i podatne na złamania, dlatego najlepiej nadają się do tworzenia przedmiotów dekoracyjnych lub precyzyjnych modeli.

Filament PLA można kupić już od około 80 zł za szpulę.

ABS filament (Akrylonitryl Butadien Styren)

ABS to popularna alternatywa dla filamentów PLA w segmencie tańszych materiałów. Charakteryzuje się wysoką odpornością na temperaturę, dużą twardością oraz wytrzymałością mechaniczną. Ponadto jest odporny na działanie wielu chemikaliów. 

Z drugiej strony, produkcja ABS nie jest zbyt ekologiczna - materiał powstaje na bazie ropy naftowej. Drukowanie z ABS bywa bardziej wymagające, ponieważ brak odpowiedniej kontroli chłodzenia może prowadzić do deformacji wydruku. W związku z tym niezbędne jest stosowanie podgrzewanego stołu roboczego, najlepiej z możliwością utrzymania temperatury około 80°C. Kolejnym minusem są opary powstające podczas drukowania, które mogą wywoływać podrażnienia dróg oddechowych i kaszel u osób bardziej wrażliwych. 

Dzięki swoim właściwościom filament ABS doskonale nadaje się do produkcji narzędzi, obudów telefonów, uchwytów czy zabawek. Jest też jednym z najtańszych materiałów dostępnych na rynku — można go kupić już od około 60 zł za szpulę

PETG filament (Polyethylentereftalát s glykolem)

Podstawą filamentów PETG jest dobrze znany plastik PET (stosowany m.in. do produkcji butelek i opakowań), który został wzmocniony glikolem. Filamenty PETG łączą łatwość drukowania charakterystyczną dla PLA z wytrzymałością i trwałością ABS.

PETG ma wiele zalet: jest łatwy do recyklingu, a wydruki wykonane z tego materiału cechują się dużą wytrzymałością oraz odpornością na wyższe temperatury. Materiał dobrze nadaje się do klejenia, a podczas obróbki nie wydziela toksycznych substancji.

Do wad PETG należy tendencja do pochłaniania wilgoci z powietrza, co może wpływać na jakość wydruku. Drukowanie z PETG wymaga użycia podgrzewanego stołu o temperaturze około 60°C, co jest niezbędne dla uniknięcia deformacji.

Filamenty PETG dostępne są w dwóch popularnych średnicach: 1,75 mm — przeznaczonym do precyzyjnych, mniejszych wydruków, oraz 2,85 mm — dla większych obiektów i drukarek przemysłowych.

TPE filament

TPE to elastyczny materiał podobny do kauczuku - dlatego produkty są zazwyczaj „gumowe”. Drukowanie jest bardziej wymagające; temperatura drukowania wynosi około 220°C, a temperatura podkładki musi być utrzymywana między 20 a 40°C, co może stanowić problem, szczególnie w upalne letnie dni.

Produkty TPE są elastyczne i odporne. Włókna TPE są wykorzystywane do produkcji części samochodowych (uszczelek), artykułów gospodarstwa domowego, opakowań mobilnych, ale także obuwia. Cena 1 kg szpuli TPE jest wyższa i wynosi prawie 210 zł.

Profesjonalne filamenty do zastosowań technicznych

Materiały z tej kategorii do druku 3D są przeznaczone do wymagających zastosowań, w których wymagane są specyficzne właściwości i wyższe wymagania dotyczące drukowania. Materiały te, choć bardziej skomplikowane w druku, są idealne do produkcji części mechanicznych i innych komponentów, które muszą wytrzymywać duże naprężenia i ekstremalne warunki pracy.

PA filament (Nylon)

Nylon to termoplastyczne tworzywo konstrukcyjne o właściwościach drukarskich zbliżonych do ABS. Materiał cechuje się wysoką odpornością na wysokie temperatury, ciśnienie, działanie chemikaliów oraz ścieranie. Nylon jest idealnym wyborem do produkcji elementów tocznych i ślizgowych, takich jak łożyska.

Zalety:

• Wysoka odporność na wysokie temperatury i ciśnienie.
• Doskonała odporność mechaniczna i chemiczna.
• Idealny do produkcji elementów ślizgowych i tocznych.
• Długa żywotność i odporność na zużycie.

Wady:

• Wyższa cena w porównaniu do konwencjonalnych filamentów.
• Trudny druk - wymaga wyższych temperatur druku i podgrzewanego stołu roboczego..
• Podatność na wchłanianie wilgoci, co może wpływać na jakość druku.

FLEX filament

FLEX to miękki i elastyczny filament przypominający gumę. Oferuje większą elastyczność, odporność na ścieranie i zdolność tłumienia drgań. FLEX jest dostępny w dwóch wariantach, TPE 32 (twardszy) i TPE 88 (bardziej miękki), które określają stopień elastyczności materiału.

Zalety:

• Wysoka elastyczność i giętkość.
• Odporność na ścieranie i uderzenia.
• Zdolność do tłumienia drgań, idealna do części elastycznych.
• Dostępne w różnych wariantach twardości (TPE 32, TPE 88).

Wady:

• Trudniejsze drukowanie, wymaga niższej prędkości druku i starannej konfiguracji.
• Skłonność do zniekształceń podczas drukowania większych obiektów.
• Może sprawiać problemy z przyczepnością do podkładki drukującej.

PC/ABS filament

PC/ABS to unikalna mieszanka poliwęglanu i ABS, która oferuje ekstremalną wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury i uderzenia. Ten trudnopalny filament jest idealny do drukowania części mechanicznych i obciążonych. W celu uzyskania optymalnych rezultatów zaleca się drukowanie w zamkniętej komorze.

Zalety:

• Wysoka wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury i uderzenia.
• Niepalny materiał, zapewniający większe bezpieczeństwo.
• Idealny do części mechanicznych i narażonych na naprężenia.

Wady:

• Wyższa cena niż w przypadku konwencjonalnych filamentów.
• Warunki drukowania wymagają zamkniętej komory druku i wyższych temperatur.
• Może być bardziej wymagający pod względem konfiguracji drukarki.

PA-CFJet filament

PA-CFJet to inżynieryjny termoplast PA12, wzbogacony o 17% włókna węglowego, dzięki czemu ma wyższą twardość i sztywność niż sam PA12. Ten filament jest idealny do prototypowania, drukowania części drukarek i elementów konstrukcyjnych poddawanych naprężeniom mechanicznym i termicznym.

Zalety:

• Wysoka sztywność i wytrzymałość dzięki włóknom węglowym.
• Nadaje się do wymagających zastosowań, takich jak części narażone na obciążenia mechaniczne i termiczne.
• Doskonałe do prototypowania i części konstrukcyjnych.
• Wysoka odporność na zużycie.

Wady:

• Wyższa cena niż w przypadku konwencjonalnych filamentów.
• Wymaga specjalnych dysz ze względu na wysoką ścieralność.
• Może być wymagający pod względem warunków drukowania i wymaga starannej konfiguracji drukarki.

CFJet CARBON filament

CFJet CARBON to filament na bazie PETG, wzbogacony o 20 % włókna węglowego, co zapewnia mu wyższą wytrzymałość i sztywność niż konwencjonalny PETG oraz zmniejsza masę własną. Materiał ten jest idealny do drukowania części mechanicznych i oferuje piękny matowy wygląd.

Zalety:

• Wysoka wytrzymałość i sztywność dzięki włóknom węglowym.
• Zmniejszona gęstość, idealna dla lekkich i wytrzymałych komponentów.
• Matowe wykończenie zapewnia estetyczny wygląd.
• Odpowiedni do zastosowań mechanicznych i części technicznych.

Wady:

• Większa ścieralność, może powodować zużycie głowicy drukującej.
• Wymaga specjalnych dysz i warunków drukowania.
• Wyższa cena niż w przypadku konwencjonalnych filamentów PETG.

ULTEM filament

ULTEM to filament przeznaczony do zaawansowanych i przemysłowych drukarek. Niezwykle wytrzymały, odporny na wysokie temperatury i trwały, materiał ten zawiera elementy, które mają właściwość samogaszenia po zaprzestaniu oddziaływania na nie płomienia, co czyni go idealnym wyborem do wymagających zastosowań w elektronice, energetyce, motoryzacji i medycynie.

Zalety:

• Ekstremalna wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury.
• Materiał spełnia normy bezpieczeństwa.
• Odpowiedni do wymagających zastosowań przemysłowych.
• Wysoka odporność chemiczna i mechaniczna.

Wady:

• Wyższa cena niż w przypadku konwencjonalnych filamentów.
• Trudny druk, wymaga wysokich temperatur druku i podgrzewanej podkładki.
• Może być trudny do ustawienia w drukarce i wymaga zamkniętej komory drukowania.

PPJet filament

PPJet to tworzywo termoplastyczne powszechnie stosowane w materiałach opakowaniowych, tyglach lub pokrywkach. Filament ten charakteryzuje się wysoką odpornością na wyższe temperatury i niską wagą. Jest nawet w stanie unosić się na wodzie, co czyni go idealnym wyborem do lekkich i trwałych zastosowań.

Zalety:

• Wysoka odporność na wyższe temperatury.
• Lekki materiał, który może unosić się na wodzie.
• Nadaje się do materiałów opakowaniowych i innych praktycznych zastosowań.
• Dobra odporność chemiczna.

Wady:

• Trudniejsze do drukowania, wymaga specjalnych ustawień podkładki drukującej.
• Mniej elastyczny niż niektóre inne materiały.
• Skłonność do zniekształceń podczas drukowania większych obiektów.

FRJet filament

FRJet to filament na bazie PETG wzbogacony specjalnymi dodatkami zmniejszającymi palność, który spełnia normę bezpieczeństwa UL94 V0. Materiał ten jest idealny do drukowania komponentów elektronicznych i obiektów, które nie wymagają drobnych szczegółów, a także zapewnia doskonałą odporność na ogień.

Zalety:

• Spełnia normę bezpieczeństwa UL94 V0, co oznacza wysoką odporność na ogień.
• Doskonałe właściwości mechaniczne i odporność na uderzenia.
• Nadaje się do komponentów elektronicznych i zastosowań o niższych wymaganiach dotyczących szczegółów.
• Łatwy do drukowania z niskim skurczem.

Wady:

• Ograniczone zastosowanie do obiektów z drobnymi szczegółami
• Może być bardziej wymagający pod względem warunków drukowania niż konwencjonalne filamenty PETG.
• Wyższa cena niż w przypadku standardowego PETG.

Drukarki 3D od dawna zajmują miejsce nie tylko na biurkach entuzjastów technologii. Druk trójwymiarowy przeniknął również do przemysłu i medycyny, stając się biznesem wartym miliardy dolarów. Dzięki drukarkom 3D możliwe jest przywracanie zdrowia pacjentom, a także tańsza i szybsza produkcja. Technologie te odegrają również kluczową rolę w kolonizacji Księżyca i Marsa więcej informacji w następnym artykule.

Bezpieczne drukowanie 3D: jak uniknąć nieprzyjemnych zapachów i chronić swoje zdrowie

Nie wszystkie filamenty są tak „przyjemne” jak popularne materiały, takie jak:  PLA, PETG lub inne. Niektóre, takie jak ABS, ABS-T, PC/ABS lub PaJet, mogą wydzielać nieprzyjemny zapach podczas drukowania. Podczas pracy z tymi materiałami należy zapewnić dobrą wentylację w pomieszczeniu i, jeśli to możliwe, ograniczyć czas spędzany w pobliżu drukarki podczas drukowania. Ważne jest również, aby unikać spożywania żywności w tym obszarze, aby uniknąć zanieczyszczenia.

Jak wybrać odpowiedni filament do drukarek 3D?

Wybierając odpowiedni filament do druku 3D, warto uwzględnić kilka kluczowych czynników, które zapewnią, że wydruk będzie spełniał oczekiwania pod względem jakości i funkcjonalności.

1. Cel wydruku: Zastanów się, czy potrzebujesz estetycznego wydruku do celów wizualnych, czy funkcjonalnej części, która musi wytrzymać naprężenia mechaniczne i trudne warunki.
2. Zastanów się, jaka wytrzymałość, elastyczność i trwałość są kluczowe dla Twojego projektu. Niektóre materiały są sztywne, podczas gdy inne są elastyczne lub odporne na chemikalia, co wpływa na ich zastosowanie.
3. Trudność druku: Nie wszystkie filamenty są równie łatwe w druku. Niektóre wymagają specjalnych warunków drukowania (np. wysokiej temperatury lub podgrzewanej podkładki), więc dowiedz się, jakie warunki są niezbędne dla danego filamentu, aby druk przebiegał płynnie.

Każdy filament ma specyficzne właściwości, które czynią go idealnym do różnych celów. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz zwykłego filamentu PLA do kreatywnych projektów hobbystycznych, czy technicznego nylonu do trwałych i funkcjonalnych części, zawsze upewnij się, że wybór odpowiada konkretnym wymaganiom twojego projektu. Weź pod uwagę wytrzymałość, trwałość, a także elastyczność, aby osiągnąć pożądane rezultaty i maksymalną wydajność drukowania.

Podobne artykuły

8 minut czytania

Pióro 3D: przewodnik dla początkujących

Czy próbowałeś już rysować trójwymiarowe obiekty? Z piórem 3D to żaden problem. Dowiedz się, jak działają pióra 3D, jak je obsługiwać i jak z ich pomocą stworzyć wspaniałe prezenty dla swoich bliskich.

Przeczytaj cały artykuł »

5 minut czytania

Jak działa drukarka 3D: Podstawowa technologia drukowania 3D

Choć technologia druku 3D jest z nami już ponad 30 lat, to dopiero w dzisiejszych czasach powoli, lecz pewnie zaczyna wychodzić na czoło zainteresowania nie tylko geeków, ale także zwykłych ludzi. Wynika to ze spadających cen drukarek, a także z ich niezwykle szerokiej użyteczności. Dzięki nim można stworzyć niemal wszystko, co tylko przyjdzie do głowy. Dzięki temu możliwe jest rozwiązanie wielu trudnych problemów domowych i zawodowych, dodatkowo w dosyć tani sposób, bo poza ceną zakupu, obsługa drukarki 3D to bardzo tania sprawa. Jeśli pociąga Cię ta technologia, w kolejnych wierszach wyjaśnimy, jak właściwie działa drukarka 3D i czym różnią się od siebie poszczególne modele.

Przeczytaj cały artykuł »