Filamenty odporne chemicznie do druku 3D

Im bardziej zagłębiamy się w świat filamentów i możliwości ich wykorzystania w różnych branżach i sektorach, tym częściej zastanawiamy się nad „wytrzymałością” chemiczną. Pole badań w tym aspekcie nie jest jeszcze zagospodarowane – a część eksperymentów obarczona jest długim terminem wykonalności. Co to znaczy?

Wytrzymałość chemiczna jest to długotrwała zmiana środowiska pracy z neutralnej na „szkodliwą”. Co za tym idzie, istnieje wiele sporów interpretujących znaczenie słowa „długotrwała”. Czy wystarczy kilka, kilkanaście godzin – czy powinniśmy przeprowadzać testy wielotygodniowe lub nawet wieloletnie. Np. jednym z pytań, na które nie ma jednoznacznej odpowiedzi, jest to jak długie działanie np. środowiska wodnego wpłynie na wydruki – mając na uwadze i znając tendencję filamentów do higroskopijności. Ale tym nie będę się dzisiaj zajmował. W krótkiej publikacji opiszę te filamenty, które wykazują się „odpornością” na wszystko, co chemiczne. Postaram się też wyjaśnić, czy jest różnica pomiędzy filamentem a wydrukiem, który został z niego zrobiony.

Filament 3D odporny chemicznie

Część z Was może zapytać się, dlaczego filamenty mogą zachowywać się inaczej niż wydruki. Wyjaśniając: w procesie drukowania poddawane są one działaniu wysokiej temperatury i ciśnienia – co bezpośrednio zmienia ich strukturę wewnętrzną i część właściwości. Na podstawie badań jasno można powiedzieć, że obróbka, jaką jest proces drukowania, wpływa na filament pierwotny, który ma mniejszą odporność niż wydruk z niego zrobiony.

Spośród wielu aspektów odporności chemicznej, kluczową jest ta odpowiedzialna za opieranie się działaniu alkoholi oraz kwasów. Są to 2 elementy, które w środowisku występują najczęściej i które determinują wykorzystanie i zastosowanie danego filamentu i wydruku. Superfilamentami są te, które zarówno w środowisku alkoholowym, jak i kwasowym nie zmieniają swoich wymiarów, konsystencji i właściwości. Takimi filamentami są PP, PPS (również PPSU), PAEK (PEEK,PEKK) oraz PEI.

Drukowanie 3D z Polipropylenu

„Najprostszym” do drukowania z wyżej wymienionych jest PP – czyli Polipropylen. Wymaga on jednak zastosowania przemysłowych rozwiązań powszechnych w drukarkach przemysłowych oraz spersonalizowanych substancji adhezyjnych. Jest to filament charakteryzujący się dużą elastycznością i wytrzymałością a przy tym nawet długotrwała zmiana środowiska pracy nie wpływa na jego wytrzymałość chemiczną i wymiarowość. Polipropylen jest najczęściej występującym tworzywem w produkcji butelek lub innych zbiorników. Coraz częściej używany jest w produkcji ortez, pojemników laboratoryjnych, ale też elementów wystawionych na długotrwałe oddziaływanie np. zmiennego środowiska naturalnego i wykorzystywane w produkcji części samochodów takich jak zderzaki czy osłony. Jako, że jest neutralny w kontakcie z żywnością, jest szeroko stosowany w branży spożywczej.

Kolejnym ciekawym rozwiązaniem filamentowym jest PPS lub PPSU – czyli polisiarczek Fenylenu. Jest to znana i coraz częściej stosowana alternatywa do PEEK, która w przeciwieństwie do wspomnianego filamentu posiada znacznie lepsze właściwości adhezyjne pomiędzy warstwami, co wpływa na jego wytrzymałość w każdej osi. W ofercie Omni3D znajduje się np. Thermec Zed, który reprezentuje tę grupę filamentów, a który nie rozpuszcza w żadnej substancji w temperaturze poniżej 200°C. Znajduje on zastosowanie w produkcji zbiorników, w których lokowane są „agresywne” substancje. Jako dużo tańsza alternatywa do PEEK spotykamy go w przemyśle motoryzacyjnym (zbiornik na płyn hamulcowy), w automatyce jako części linii produkcyjnych, ale też coraz częściej stosowany w przemyśle elektronicznym np. jako tzw. „heatbreak”. W odróżnieniu od wielu filamentów, wydruki z PPS (PPSU) charakteryzują się bardzo niską absorbcja wilgoci.

Wydruk 3D z filamentu ThermecZED na drukarce Factory 2.0

Druk 3D z PEEK – wytrzymałość mechaniczna, chemiczna oraz temperaturowa

 Grupą filamentów przemysłowych o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych jest rodzina PAEK. Czyli Poliaryloeteroketon. Do tej rodziny należy PEEK! Filament, który jest jednym z najtrwalszych obecnie stosowanych i stanowiący pragnienie wielu branż. Jego nazwa chemiczna to PoliEtherEtherKeton. Poza znakomitymi właściwościami mechanicznymi jest trudnopalny oraz ekstremalnie odporny na czynniki chemiczne. Wadami PEEK są warunki jego drukowania, w większości przypadków konieczność zastosowania wysokotemperaturowej obróbki post-procesowej, oraz szybkie stygnięcie, co wpływa znacząco na różnicę wytrzymałości w różnych osiach (w szczególności adhezyjność pomiędzy warstwami). Alternatywą dla PEEK jest należący do PAEK – PEKK – czyli PoliEtherKetonKeton. Wydruki z tego filamentu charakteryzują się podobną, chodź niższą wytrzymałością niż PEEK ale nie wymagają kosztownej i długotrwałej termicznej obróbki post-procesowej (wygrzanie w piecu wysokotemperaturowym) oraz są znacznie prostsze do drukowania. Co nie oznacza, że każdy może je drukować – nieodzownymi elementami jego obróbki jest wysoka temperatura ekstruzji oraz kompletnie grzana komora. Obecny w ofercie Omni3D – PEKK-A jest tego znakomitym przykładem.

Ostatnią grupą są filamenty z rodziny PEI – czyli polieteroimidy. Filamenty niezwykłe, które są często określane jako te, które zmieniają zasady gry i wprowadzają druk 3D na kolejny level. Charakteryzują się nie tylko bardzo dużą odpornością chemiczną, nawet w znacznie wyższych temperaturach niż 200°C, ale też odpornością na ścieranie i niepalność. Dla filamentow z tej grupy obszary zastosowań są najszersze. Od medycyny, motoryzacji do przemysłu lotniczego i kosmicznego. Kwasy czy alkohole dla wydruków z Ultemu (PEI) są „neutralne” lub prawie neutralne.

Podsumowując – jeśli najważniejsza jest dla Ciebie odporność chemiczna – musisz zastanowić się, w jakim środowisku i jak długo będzie funkcjonować Twój wydruk. Nie działasz w wysokiej temperaturze, ale oddziaływanie kwasów i alkoholi jest istotnym elementem – wybierz PP – niski koszt, względnie łatwe drukowanie zapewni pełną satysfakcję. Jeśli szukasz filamentu, który dodatkowo będzie bardzo wytrzymały i twardy – twoim wyborem powinien być PPS (PPSU) – np. Thermec Zed (zobacz case-study Volkswagen z ThermecZed).
Jeśli chcesz czegoś więcej i koszty nie grają roli Twoim wyborem powinien być któryś z rodziny PAEK lub PEI. Odporność chemiczna w parze z innymi właściwościami są tym, co może wznieść twój projekt na kolejny poziom.

Chcesz wiedzieć więcej na temat możliwości wykorzystania druku 3D?
Skontaktuj się z nami i poznaj możliwości przemysłowych drukarek 3D

Kontakt:

LinkedIn: Tomasz Garniec

m. +48 886 618 588

e-mail: tg@omni3d.com