TPU do druku 3D: wszystko, co musisz wiedzieć

Źródło: 3dnatives.com

Poliuretan termoplastyczny (TPU) to elastomer charakteryzujący się dużą elastycznością i wytrzymałością, łączący właściwości termoplastów i gumy. Elastyczność tego polimeru wynika z obecności naprzemiennych sekwencji segmentów twardych i miękkich w jego składzie chemicznym. W rzeczywistości, poprzez zmianę proporcji tych segmentów, zmienia się również sztywność i elastyczność materiału. Wpływa to na przezroczystość gotowych elementów, miękkość w dotyku oraz adhezję części. Ogólnie można powiedzieć, że TPU to polimer, który zapewnia elementom różnorodne i niezwykle interesujące właściwości. Co jednak powinniśmy wiedzieć przed użyciem TPU?

Produkcja i charakterystyka TPU

Jeśli chodzi o właściwości, warto wiedzieć, że polimer ten ma liczne zalety, takie jak wysoka odporność na uderzenia, zużycie, ścieranie i przecięcia. Ponadto wykazuje dość zaawansowaną adhezję warstw, co pozwala na uzyskanie doskonałej jednorodności mechanicznej wytwarzanych części, czyniąc je izotropowymi. Niemniej jednak ten rodzaj materiału ma pewne ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę: TPU nie sprawdza się dobrze w gorącym środowisku, co jest istotne, ponieważ nie jest odporny na wysokie temperatury; ponadto ustawienia druku muszą się różnić w zależności od zastosowanej technologii. W porównaniu z TPE, innym elastycznym filamentem, TPU drukuje się łatwiej i lepiej zachowuje swoje właściwości elastyczne w niższych temperaturach. Materiał TPU oferuje większą odporność na ścieranie oraz na oleje i smary. W przeciwieństwie do sztywniejszych termoplastów, filament z TPU posiada takie cechy jak elastyczność i podatność, i nie wykazuje problemów z odkształcaniem lub rozwarstwianiem podczas procesu druku 3D.

Dzięki swojej elastyczności, TPU może być używany do tworzenia etui na telefony.

Charakterystyka filamentu TPU w druku 3D

Podczas drukowania elementów z TPU w technologii FDM, sugerujemy nałożenie cienkiej warstwy kleju na platformę roboczą, co ułatwi przywieranie materiału. Zaleca się również, aby dysza wytłaczarki osiągnęła temperaturę od 210 do 235°C w celu stopienia filamentu (choć zależy to od producenta). Są to ogólne wskazówki, ale powodzenie pracy z TPU zależy od konfiguracji każdej drukarki 3D i odpowiedniej kalibracji; dlatego zaleca się przeprowadzenie małych testów z tym materiałem przed rozpoczęciem bardziej złożonych wydruków.

Jeśli chodzi o stereolitografię, TPU nie jest zalecany do małych i cienkich modeli lub takich, które symulują materiały o wysokiej elastyczności. Przy konfigurowaniu modelu zaleca się, aby modele miały ostateczny kształt i były zorientowane względem płaszczyzny stołu roboczego pod kątem nie większym niż 20°. Cieńsze i wyższe elementy będą trudniejsze do wydrukowania, chociaż zawsze można zastosować dodatkowe podpory, aby zapewnić optymalny rezultat.

Warto jednak zauważyć, że każda maszyna i filament są inne, dlatego zaleca się wykonanie testów w celu znalezienia optymalnej wartości retrakcji. Ponadto należy pamiętać, że wartość ta może różnić się między poszczególnymi filamentami TPU. TPU nie wymaga obowiązkowej obróbki końcowej, ale możliwe jest zastosowanie pewnych technik w celu poprawy jego właściwości lub aspektów estetycznych. Częstą opcją jest polerowanie w celu wygładzenia powierzchni i usunięcia śladów warstw, co może poprawić ostateczny wygląd wydrukowanego obiektu. Można również nałożyć warstwę lakieru lub powłoki, aby zwiększyć odporność na wodę, kurz i brud.

Główne zastosowania

W przemyśle produkcji addytywnej materiał ten otwiera świat możliwości dla różnych rynków. Po pierwsze, w obuwiu mamy do czynienia z tworzeniem elastycznych podeszw, a w medycynie z tworzeniem modeli ortopedycznych. Z kolei w przemyśle lotniczym rozwija się narzędzia lub czujniki, a w motoryzacyjnym – opony i amortyzatory. TPU znajdziemy również w sektorze sportowym, przy produkcji ochraniaczy do sprzętu fitness.

TPU jest idealny do części końcowych, prototypów funkcjonalnych, modeli koncepcyjnych i komponentów personalizowanych. Ten rodzaj materiału jest często używany, na przykład do produkcji etui na telefony komórkowe, ponieważ chroni urządzenie przed uderzeniami i pęknięciami.

Producenci i cena materiału

Na dzisiejszym rynku produkcji addytywnej możemy znaleźć duże firmy oferujące TPU do tworzenia elastycznych części. Ultimaker posiada filament o nazwie TPU 95A, który jest kompatybilny z ich drukarkami 3D Ultimaker S5, Ultimaker 3 i Ultimaker 2+ oraz z najnowszą drukarką wydaną przez producenta, UltiMaker S7. Według firmy materiał wytrzymuje do 580% wydłużenia przy zerwaniu; filament ten jest dostępny w 4 różnych kolorach.

Inną firmą jest Formlabs, która w ubiegłym roku zaprezentowała swoją „żywicę elastyczną” (Elastic Resin) do technologii SLA. Żywica ta ma twardość w skali Shore'a 50A, a także wysokie wydłużenie i odzysk energii. Wartość Shore'a odnosi się do twardości użytego materiału, innymi słowy, jak bardzo materiał jest odporny na wgniecenia. Niższe wartości wskazują na mniejszą odporność lub materiały bardziej miękkie. Elastyczność i wytrzymałość tego materiału pozwala na jego użycie w wielokrotnych cyklach. Ponadto technologia ta pozwala na obniżenie kosztów i czasu realizacji poprzez drukowanie bezpośrednio miękkich części.

Istnieją również inne firmy zaangażowane w rozwój tych materiałów, takie jak Recreus, która oferuje dużą różnorodność filamentów do druku 3D. W szczególności ich renomowany filament FilaFlex zrodził się z potrzeby wprowadzania innowacji w druku 3D. Ignacio García, dyrektor zarządzający Recreus, stwierdził: „Sama technologia druku 3D była już innowacyjna, a dodanie do tego elastyczności materiału, z którego można tworzyć elastyczne części, takie jak buty, bez wątpienia dowiodło potencjału produkcji addytywnej i FilaFlex”. Inne firmy, takie jak BASF, oferują materiał w formie proszku. Posiadają linię proszków TPU o nazwie Ultrasint®, a na przykład ich TPU01 został zaprojektowany specjalnie dla drukarek HP serii Multi Jet Fusion 5200. Cena filamentu z TPU oscyluje wokół około 30-40 euro za kilogram.