Filament till 3D-skrivare: vilka ska man välja?

Källa: 3dnatives.com

Hur väljer man filament för sin 3D-skrivare? Vilka egenskaper bör man ta hänsyn till? FDM-teknik (Fused Deposition Modeling) är en av de mest utbredda 3D-utskriftsprocesserna på marknaden tack vare sin användarvänlighet, tillgänglighet och prestanda. Den är framför allt känd för att vara kompatibel med olika termoplaster, det vill säga material som mjuknar under värmepåverkan och återgår till sin ursprungliga form när de svalnar. För att kunna extruderas av 3D-skrivaren omvandlas dessa termoplaster till ett filament som kan styras och smältas av extrudern. Idag kan de flesta plaster inom sektorn genomgå denna förvandling, vilket vidgar utbudet av möjligheter.

Innan vi går in på de olika filamenten för 3D-skrivare som finns på marknaden för additiv tillverkning, är det viktigt att förstå hur plaster klassificeras. Detta är ett första grundläggande steg som hjälper dig att bättre förstå de tillgängliga materialen och deras egenskaper. Idag finns det så kallade amorfa eller semikristallina plaster: dessa adjektiv definierar polymerens intermolekylära struktur, beroende på hur de reagerar när de stelnar efter smältning.

Närmare bestämt blir kedjorna i amorfa plaster hoptrasslade och förblir oorganiserade under stelningsfasen. Omvänt organiserar sig kedjorna i semikristallina plaster och ordnar sig i förhållande till varandra. Detta resulterar i olika egenskaper: amorfa material är till exempel oftast mer transparenta och har lägre dimensionell stabilitet. Slutligen är en annan viktig punkt som klassificerar plastfamiljen smälttemperaturen: standardplaster har en lägre temperatur jämfört med så kallade tekniska material. Högpresterande polymerer kräver å andra sidan en mer avancerad termisk hantering, med smälttemperaturer som ligger runt 300°C (572°F).

Standardfilament för 3D-skrivare

PLA

PLA, eller polymjölksyra, är ett semikristallint material som härrör från förnybara källor, oftast majsstärkelse. Till skillnad från de flesta plaster som härrör från oljeindustrin anses PLA vara mer miljövänligt eftersom det under rätt förhållanden är biologiskt nedbrytbart. Det är ett filament för 3D-skrivare som är mycket lätt att använda, vilket är anledningen till att det är så populärt på 3D-utskriftsmarknaden. Det är kompatibelt med livsmedelsprodukter och dess extruderingstemperatur är vanligtvis 180°C. Det har god geometrisk stabilitet och tenderar vanligtvis inte att deformeras. Det används främst för prototyper, mekanisk bearbetning, dekorativa delar eller inom den medicinska sektorn. PLA finns i en rad färger och används ofta som matris för kompositmaterial.

Polypropen

PP är ett av de mest använda materialen vid formsprutning, känt för sin lätthet, motståndskraft mot kemikalier och utmattning samt god elektrisk isolering. Det finns även i form av filament för 3D-skrivare och erbjuder god stöttålighet, god gastäthet och halvstyvhet. Det bör dock noteras att det är ganska svårt att skriva ut, eftersom det inte fäster på plattan. Det har mycket precisa smältpunkter och kräver utmärkt termisk hantering. När det gäller applikationer används PP-filament för förpackningar, klämmor och fästanordningar, vätskebehållare, etc.

ABS: ett av de mest använda filamenten för 3D-skrivare

Den här gången går vi över till en amorf struktur: ABS är ett filament känt för sin stöttålighet vid låga temperaturer och sin lätthet. Det är inte alltid lätt att klassificera detta material: ibland hittar man det i den tekniska delen av pyramiden och det är mindre lättarbetat än PLA, till exempel. Inom 3D-utskrift tenderar det att deformeras, vilket är anledningen till att det kräver användning av en uppvärmd platta. Dess egenskaper gör det till ett idealiskt material för produktion av funktionella prototyper, verktygsdelar som ofta utsätts för påfrestningar eller formtillverkning. ABS är ett av de mest prisvärda filamenten för 3D-skrivare och därmed ett av de mest använda.

Tekniska filament

Nylon

Nylon, även känt som polyamid (PA), finns på marknaden för additiv tillverkning främst i form av pulver för SLS-teknik. Det kan dock även hittas i form av filament, tillgängligt med 6 kolatomer, alltså PA6. Det senare liknar ABS och kräver i sin tur en uppvärmd platta eftersom det inte fäster optimalt. PA6 är känt för sin stöttålighet och nötningsbeständighet, utöver sin flexibilitet. Det har en ganska lång hållbarhet, vilket är idealiskt för produktion av delar såsom gångjärn, maskinkomponenter och verktyg. Det kan förstärkas med kolfibrer eller glasfiber. Det bör noteras att nylon är ett material som absorberar fukt, så det är viktigt att förvara det på en torr plats.

PET, ett mer tekniskt filament för 3D-skrivare

PET är ett mycket välkänt material eftersom det används för att tillverka plastflaskor. Inom 3D-utskrift är det bättre känt i form av PETG, det vill säga med tillsats av glykol för att minska dess sköra utseende. Det är främst känt för sin transparens och sin kompatibilitet med livsmedel. Exempelvis skrivs ett flertal förpackningar och behållare ut med PETG. Det är ett bra alternativ till PLA eller ABS.

POM

Polyoximetylen, eller POM, är ett semikristallint material som blir allt mer använt inom 3D-utskrift. Det är utrustat med utmärkta kemiska egenskaper, är värmetåligt, slagtåligt och nötningsbeständigt. POM kan användas vid 3D-utskrift för olika applikationer, som till exempel produktion av ryggsäckspännen, komponenter som måste exponeras för värme eller kugghjul. Det är dock ett ganska svårutskrivet filament eftersom det kräver god termisk hantering – platta, extruder och kammare. Det bör även noteras att det finns få producenter av denna typ av filament för 3D-skrivare jämfört med material som PLA eller ABS.

Polykarbonat, ett amorft filament för 3D-skrivare

Polykarbonat (PC) används främst för sin styrka och transparens. Det är inte en lättskriven termoplast eftersom det kräver högre extruderingstemperaturer och en uppvärmd platta. Det är särskilt populärt inom den optiska industrin eftersom det är mindre tätt än glas och kan tåla temperaturer från -150 till 140°C (-238°F till 284°F). Typiskt sett kan skyddsskärmar och optiska delar 3D-utskrivas med polykarbonat. Detta filament för 3D-skrivare blir allt vanligare i produktutbudet som erbjuds av tillverkare i sektorn.

Högpresterande termoplaster

Denna sista kategori av polymerer är känd för att vara mer krävande: de termoplaster som ingår i den kräver höga smälttemperaturer och har egenskaper som närmar sig metallers. Inom additiv tillverkning är detta filament som kräver en hög extruderingstemperatur, en uppvärmd platta och en sluten kammare. Termisk hantering är fundamental för denna typ av material.

Semikristallina

PEEK är förmodligen det vanligaste filamentet för 3D-skrivare i denna kategori. Det tillhör PAEK-familjen och kräver en extruderingstemperatur på cirka 400°C (752°F), en platta som kan nå 230°C (446°F) och en varm kammare på 120°C (248°F). PEEK är känt för sitt förhållande mellan vikt och styrka och tål höga temperaturer. Det kan steriliseras, vilket gör det till det föredragna materialet för utskrift av kundanpassade implantat. Det är ett ganska dyrt filament för 3D-skrivare som dessutom kräver en viss behärskning av 3D-utskriftsprocessen.

PPS är också en semikristallin högpresterande plast, känd för sin kemiska motståndskraft och sina mekaniska egenskaper. Det används främst inom fordons-, olje- och gas- samt elektroniksektorn. Dess extruderingstemperatur ligger runt 300°C (572°F); det kräver även en uppvärmd platta och en sluten kammare.

Amorfa högtemperaturfilament

I denna kategori kan vi först nämna PEI, ett filament för 3D-skrivare som nu marknadsförs av SABIC under varumärket ULTEM. Det är mindre dyrt än PEEK och uppfyller brand- och rökstandarder, vilket gör det till det ideala materialet för flyg- och rymdsektorn. PEI är även resistent mot vätskor, kolväten, alkoholer och vattenlösningar inom fordonsområdet. Det kan steriliseras och är kompatibelt med livsmedelskontakt.

Slutligen kan vi inte glömma sulfonfamiljen, i synnerhet PPSU och PSU. Dessa är termoplaster som är mycket intressanta när det gäller termiska egenskaper och brand-/rökskyddsegenskaper. De har även god elektrisk isolering och goda dielektriska egenskaper. De är populära material inom transportsektorn, inklusive järnväg, flyg och rymd samt fordon.

Kompositfilament och flexibla filament för 3D-skrivare

Slutligen är det viktigt att nämna kompositfilament och elastiska material. Kompositmaterial är material som bildas av en matris (PLA, nylon, polykarbonat, etc.) och som förstärks av fibrer, oftast kolfiber. Även glasfiber, aramid, etc. kan användas. Detta ökar filamentets styrka samtidigt som vikten optimeras.

Slutligen ingår flexibla filament för 3D-skrivare såsom TPU i utbudet av FDM-material. Dessa är material kända för sin motståndskraft mot slitage och stötar. De är särskilt intressanta vid produktion av gripdon eller ortopediska inläggssulor; de är dock känsliga för höga temperaturer.