„Wypełniacze filamentów”. Czyli coś o substancjach zawartych w filamentach.

Technologia FDM druku 3D zdominuje świat! Śmiałe stwierdzenie? Musicie wiedzieć kilka rzeczy, które dzieją się dookoła, aby dojść do tego samego wniosku. Już teraz znaczącą część rynku obejmuje technologia ekstruzji filamentu, a każdego miesiąca najwięksi gracze na rynku tworzyw sztucznych – BASF, Mitsubishi Chemicals - zwiększają swoje zaangażowanie w rynek FDM. To właśnie oni dysponując nieograniczonymi środkami finansowymi oraz wieloletnim doświadczeniem w komponowaniu substancji chemicznych, ale też entuzjaści, których na świecie jest bardzo dużo, dają nowe pomysły i pozwalają aby rynek ekstruzyjnych drukarek 3D przekraczał kolejne granice. „Wkładanie” w filament coraz to bardziej niewiarygodnych substancji zmienia ich możliwości i rozszerza pole zastosowania, a dodatkowo firmy te budują szerszy obraz wykorzystania drukarek FDM, które stają się też częścią bardziej skomplikowanych procesów. Jednak aby to wszystko opanować trzeba znać kilka faktów, które mogą zmienić Wasze podejście do kompozytów filamentowych. Faktów, które powinniście uwzględnić w swoim świecie druku 3D.

Autor: Tomasz Garniec, Global Sales Manager Omni3D

Kolor kolorowi nie równy!

Może część z Was pomyśli sobie – dlaczego pojawia się temat koloru w aspekcie kompozytów? Jednak faktem jest to, że zmiana koloru była „prapoczątkiem” współczesnych mieszanek dodawanych do filamentów. Musicie wiedzieć, że to nie barwnik czy farba zmienia kolor. Gdyby było to takie proste pewnie każdy filament występowałby w każdym kolorze – tak jednak nie jest. Musimy wiedzieć, że dodanie substancji koloryzującej wpływa na „zachowanie” się filamentu w drukarce 3D. Dlatego też przed wdrożeniem koloru producenci muszą sprawdzić jak filament będzie się zachowywał po wydruku, jak utrzyma kolor, czy zmieni swoje właściwości. Na dzień dzisiejszy nie ma wielu badańń tłumaczących to zjawisko. Najbardziej przebadanym materiałem jest PLA, w którym stwierdzono, że różne kolory filamentów mają wpływ na poziom krystalizacji czy wytrzymałość. Metoda ekstruzji często nie zmienia, ale warto „pokombinować” przy procesach stygnięcia (w przypadku PLA czas wpływa na poziom krystalizacji), które mogą w przypadku różnych kolorów trochę się różnić. W poniższych pracach nie ma nic na temat krystalizacji, Za to przebadano, że kolor znacznie wpływa na parametry mechaniczne, a w szczególności na elastyczność i udarność.

Odsyłam do pracy np. „The Effects of PLA Color on Material Properties of 3-D Printed Components” – Ben Wittbrodt and Joshua M. Pearce

lub

„Effect of infill type and density on tensile properties of PLA. Material for fdm process” – Adi Pandžić, Aleksa Milovanović , Damir Hodzic

Dostosuj materiał do swoich potrzeb – PLA z ABS? Czy to ma sens?

Poszukiwanie najprostszego rozwiązania od zawsze jest celem wielu naukowców i firm, które w ten sposób czynią swój produkt unikatowy i docierają do szerszego grona użytkowników. W świecie FDM jest podobnie. Dążenie do prostoty, łatwości drukowania, ale też dążenie do różnie rozumianej perfekcji i unikatowych właściwości determinuje szukanie nowych substancji, które mają to umożliwić. Czy w takim razie mieszanie różnych materiałów termoplastycznych ma jakieś znaczenie? Oczywiście, że ma. Polepszanie wyglądu wydruku, minimalizacja adhezji dla ułatwienia procesu ekstruzji, polepszenie kontroli nad skurczem, stabilność wymiarowa, zmiana właściwości fizycznych lub chemicznych i wiele innych czynników powodują, że mieszanki typu ABS-PC,  ABS-CF, PP-CF, ABS+PLA itp., stają się coraz to bardziej powszechne i stosowane. Otwierają one też kolejne drzwi i dają technologii FDM większe możliwości. Z jednej strony jest to fantastyczny pomysł na popularyzację technologii druku 3D oraz budowanie świadomości o możliwościach jej wykorzystania, a z drugiej strony tworzenie tego typu mieszanek rozmywa najważniejszy aspekt pracy w świecie przemysłowym, czyli dobranie materiału pod potrzeby danej produkcji. Często spotykamy się z tym, że producenci rozwiązań półprofesjonalnych determinują wybór klienta możliwościami jakie dają szeroko dostępne maszyny „desktopowe”, a na drugi plan schodzi główny cel – zaspokojenie potrzeb klienta i produkcji. Dlatego tak ważne jest szerzenie wiedzy o profesjonalnych drukarkach przemysłowych.

            Odsyłam do pracy np.: „Printing polymer blends through in situ active mixing during fused filament fabrication” – Zachary C.Kennedy, Josef F.Chris

            Oraz

„ Thermal Properties of Composit Filaments for 3d Printers” – A. Naganishi

Dodajemy włókna do filamentu tylko dla wytrzymałości?

Pierwotnym pomysłem było rzeczywiście zwiększenie wytrzymałości wydruku, jednak bardzo szybko zauważono inne właściwości włókien (np. węglowych, szklanych czy drzewnych). Mogą być one „regulowane” dobierając właściwą długość, grubość czy też wypełnienie procentowe filamentu danym włóknem. Dlatego filament bazowy, typu PLA, ABS czy nawet TPU, może stanowić podstawę do wyprodukowania materiału o właściwościach przewodzących lub antystatycznych ale o zwiększonej wytrzymałości. Zauważono też, że obecność włókien wpływa znacząco na stabilność wymiarową i w części przypadków eliminuje np. warping – czyniąc go bardziej stabilnym i łatwiejszym do drukowania.

            Odsyłam do publikacji: „Electricial conduction of anisotropick PMMA compisit filament with aligned carbon fibers – predicting the influence of measurement direction” – Muchao Qu, Fretjof Nilsson, Yijing Qin, Guanda Yang, Qun Gao, Wei Xu, Xianhu Liu, Dirk W. Schubert

Filament “metalowy”, “ceramiczny” albo ”piaskowy”?

Jeden z trendów zauważalnych w świecie technologii FDM to drukowanie z materiałów „ bardziej naturalnych”. Jednym z aspektów tego jest wykorzystanie sproszkowanych domieszek, które nadają wydrukowi specjalnych właściwości, często jednak dopiero po przejściu dodatkowych procesów. Ale to nie wszystko. „Wyposażenie” filamentu w części metalowe, np. o właściwościach magnetycznych, rozszerza też ich bezpośrednie wykorzystanie w różnych aplikacjach. Mamy w ten sposób do czynienia z kolejną świeżo odkrytą ścieżką, która otwiera drzwi do zastosowań dotychczas nieosiągalnych. Co więcej obecność substancji, które wymagają dodatkowej obróbki przyczyniły się do ugruntowania miejsca druku 3D w przemyśle. Uzyskanie wyrobów o charakterystyce stali nierdzewnej, ceramicznej, aluminiowej czy pięknie wyglądającego kamienia we współczesnym świecie 3D nie jest już czymś niewyobrażalnym, a raczej dostarcza pytań – co jeszcze? Kiedy? I jak daleko pójdzie ten świat 3D?

            Odsyłam do publikacji np.: „ Fused Filament Fabrication With Highly Loaded Filaments– a new Approach for the Production of Metal Parts „- Sebastian Riecker , Thomas Studnitzky , Sebastian Hein , Olaf Andersen

Filament z wkładką BIO…a po co to?

HEMP, WEED, TOMATO, CAROB, i PRUNED to tylko część nowości filamentowych, które wkraczają na rynek FDM. Filamenty z domieszką komponentów BIO to przyszłość i pokaz siły druku 3D. Dzięki tego typu filamentom otrzymujemy produkty, które dopełniają funkcjonalności „standardowych” materiałów dając możliwość obniżania kosztów produkcyjnych, możliwości recyclingu. Dodatkowo FDM wkracza w nowy świat, który może zagospodarować np. odpady powstałe podczas produkcji rolnej. Trwają jeszcze badania nad możliwościami ich zastosowania, ale pierwsze wyniki dają dawkę optymizmu. Zarówno pod względem wytrzymałości mechanicznej jak i tych związanych z redukcja wagi. Wkładka BIO może być więc kolejnym krokiem milowym w technologii FDM.

Odsyłam do publikacji: „A New Generation of Bio-Composite Thermoplastic Filaments for a More Sustainable Design of Parts Manufactured by FDM “- Michele Calì  , Giulia Pascoletti  , Massimiliano Gaeta , Giovanni Milazzo and Rita Ambu  

Czas pokaże, gdzie FDM jeszcze dotrze. Ja jestem przekonany, że kompozyty filamentowe będą kreować ścieżki rozwoju druku 3D i samych drukarek. Jednak bez względu, która z nich będzie dominująca – wszystkie będą miały wpływ na nasze otoczenie. Czy w przemyśle, czy w medycynie, czy w codziennym życiu drukarki 3D będą stanowiły coraz to większą jego część. Cieszę się, że mogę być częścią tej rewolucji i nowej rzeczywistości…tej bardziej 3D.

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

Kontakt:

LinkedIn: Tomasz Garniec

m. +48 886 618 588

e-mail: tg@omni3d.com