Guide till material för 3D-utskrift: plaster

Källa: 3dnatives.com

Plaster är bland de mest använda materialen för 3D-utskrifter. Tack vare deras enkla produktion, mångsidighet och vattentäthet, samt låga kostnad, används plaster i en mängd olika produkter och branscher, och Additive Manufacturing är inget undantag. Låt oss tillsammans titta närmare på egenskaperna och användningsområdena för dessa material. En plast är ett material tillverkat av syntetiska eller semi-syntetiska föreningar som har egenskapen att vara formbart (att kunna ändra form). De flesta plaster på marknaden är helt syntetiska, det vill säga härledda från petrokemiska element. Men med tanke på den växande oro för miljön är plaster framställda av förnybara material som polymjölksyra (PLA) också populära på marknaden.

I följande guide kommer vi att titta på de vanligaste plastmaterialen för 3D-utskrifter. Som du kanske vet producerar FDM, den mest populära och ekonomiska 3D-utskriftsprocessen, delar genom extrudering av plastfilament. Precisionen på FDM-maskiner är dock inte densamma som för andra processer som SLS eller SLA. Därför väljer tillverkare för industriella delar och slutanvändning oftast SLS-teknik (med polymerpulver) eller SLA (med polymerhartser), vilket ger högre precision och bättre kvalitet på de tillverkade delarna. Andra 3D-utskriftstekniker som plast kan användas med är Material Jetting och Multi Jet Fusion.

Men vilka plaster kan användas inom additiv tillverkning? I form av filament eller pulver måste plasten smältas för att bilda det utskrivna objektet lager för lager. I form av harts måste den stelna för att bilda objektet. Varje plast kräver olika 3D-utskriftsparametrar under produktionsprocessen och ger delarna olika egenskaper. Nedan ger vi en översikt över de olika plastmaterial som kan användas vid 3D-utskrift.

ABS: det mest använda filamentet bland plaster för 3D-utskrift

ABS-filament är de mest använda vid 3D-utskrift. Det används i bilkarosser, hushållsapparater och mobilskal. Det är en termoplast som innehåller en bas av elastomerer baserade på polybutadien, vilket gör den mer flexibel och slagtålig. ABS finns även i pulverform för processer med pulverbädd som SLS, och i flytande form för SLA- och PolyJet-tekniker. ABS används vid 3D-utskrift vid en temperatur mellan 230 och 260 °C. Det är ett slitstarkt material som lätt tål temperaturer från -20 °C till 80 °C. Utöver sin höga hållfasthet är det ett material som kan återanvändas och svetsas med kemiska processer. ABS är dock inte biologiskt nedbrytbart och drar ihop sig vid kontakt med luft, så utskriftsplattan måste värmas upp för att undvika deformationer. Dessutom rekommenderas det att använda en 3D-skrivare med sluten kammare för att begränsa utsläpp av partiklar vid utskrift med ABS. För mer information hänvisar vi till vår guide om ABS.

PLA

Känt som polymjölksyra eller PLA, har detta material fördelen att vara biologiskt nedbrytbart, till skillnad från ABS. PLA tillverkas av förnybara råvaror som majsstärkelse. PLA är ett av de enklaste materialen att skriva ut med, även om det har en tendens att dra ihop sig något efter 3D-utskriften. Till skillnad från vid utskrift med ABS behövs ingen uppvärmd platta när man skriver ut med PLA. Dessutom skrivs PLA ut vid en lägre temperatur än ABS, mellan 190 och 230 °C. PLA är ett svårare material att hantera på grund av dess höga kylnings- och stelningshastighet. Det är också viktigt att nämna att detta material kan försämras vid kontakt med vatten. Trots detta är materialet enkelt att använda och finns i ett brett spektrum av färger, vilket gör det lämpligt för 3D-utskrift med FDM. Skapare använder ofta PLA för att göra dekorativa föremål eller små leksaker, men materialet används även inom industrin för prototyptillverkning. Upptäck mer information om PLA i vår dedikerade guide.

ASA

ASA är ett material som har liknande egenskaper som ABS, men med högre UV-beständighet. Precis som med ABS rekommenderas det att skriva ut materialet på en uppvärmd platta för att förhindra deformationer. När man skriver ut med ASA används liknande inställningar som för ABS, men man bör vara extremt noga med att skriva ut i en sluten kammare på grund av styrenutsläpp. Mer information om detta material finns i vår guide om ASA.

PET

Polyetentereftalat, eller PET, finns vanligtvis i engångsplastflaskor. PET är det idealiska filamentet för alla delar som måste komma i kontakt med mat. Dessutom är materialet ganska styvt och har god kemisk beständighet. För att uppnå bästa utskriftsresultat med PET rekommenderar vi att skriva ut mellan 75 – 90 ºC. PET marknadsförs vanligtvis som ett genomskinligt filament med varianter som PETG, PETE och PETT. Fördelarna med PET inkluderar att materialet inte avger lukt under utskrift och är 100 % återvinningsbart.

PETG

PETG, eller glykolmodifierad polyester, är en termoplast som används i stor utsträckning på marknaden för additiv tillverkning och kombinerar enkelheten i 3D-utskrift med PLA och hållfastheten hos ABS. Det är en amorf plast som kan återvinnas till 100 %. Den har samma kemiska sammansättning som polyetentereftalat, mer känd under förkortningen PET. Tillsatsen av glykol minskar dess sprödhet. Upptäck mer information om PETG i vår dedikerade guide.

Polykarbonat (PC)

Polykarbonat (PC) är ett material med hög hållfasthet utvecklat för tekniska tillämpningar. Materialet har god temperaturbeständighet och tål deformation upp till cirka 150 °C. PC tenderar dock att absorbera fukt från luften, vilket kan påverka utskriftsprestandan och styrkan negativt. Därför måste PC förvaras i lufttäta behållare. PC är mycket uppskattat inom AM-industrin för sin hållfasthet och transparens. Det har en mycket lägre densitet än glas och är därför särskilt intressant för design av optiska delar, skyddsskärmar eller dekorativa föremål. För mer information, läs vår guide om PC för 3D-utskrift.

Högpresterande polymerer (PEEK, PEKK, ULTEM)

Utvecklingen av 3D-utskriftstekniker har lett till omfattande forskning om utskriftsmaterial, vilket har möjliggjort utvecklingen av ett komplett utbud av högpresterande filament med mekaniska egenskaper som liknar metallers. Det finns många typer av högpresterande plaster för 3D-utskrift som PEEK, PEKK eller ULTEM – de delas in i familjer som polyaryleterketoner (PAEK) eller polyeterimider (PEI). Dessa filament har extremt hög termisk och mekanisk hållfasthet, är mycket robusta och samtidigt mycket lättare än vissa metaller. Dessa egenskaper gör dem mycket intressanta inom flyg-, bil- och medicinteknik.

På grund av sina egenskaper kan högpresterande polymerer inte skrivas ut på alla FDM-maskiner på marknaden. 3D-skrivaren måste faktiskt ha en uppvärmd platta som kan nå minst 230 °C, extrudering vid 350 °C och en sluten kammare. Idag skrivs cirka 65 % av dessa material ut med FDM-teknik, men de finns även i pulverform, kompatibla med SLS-teknik. Upptäck mer information i vår guide dedikerad till högpresterande material.

Polypropen (PP)

Polypropen är en annan termoplast som används flitigt inom bilindustrin, textilbranschen och vid produktion av hundratals vardagsföremål. PP är känt för sin nötningsbeständighet och sin förmåga att absorbera stötar, utöver sin relativa styvhet och flexibilitet. Bland materialets nackdelar finns dock dess dåliga temperaturbeständighet och känslighet för UV-strålning, vilket kan orsaka expansion. Av denna anledning har flera tillverkare utvecklat alternativa typer av PP, liknande propen-material, som är mer robusta både fysiskt och mekaniskt. Mer detaljer finns i vår guide om PP för additiv tillverkning.

Kompositmaterial

Kompositmaterial är extremt användbara för att skapa extremt lätta, men samtidigt robusta delar. Fibrer ger styrka till en del utan att lägga till vikt, vilket är anledningen till att vi också refererar till kompositer som fiberarmerade material. Det finns två typer av förstärkning: korta fibrer eller kontinuerliga fibrer. I det första fallet blandas klippta fibrer, som består av segment kortare än en millimeter, i traditionella plastmaterial för 3D-utskrift för att öka styvheten och, i mindre utsträckning, komponentens styrka. Klippta fibrer kan blandas med termoplastiska material som nylon, ABS eller PLA. Alternativt kan fibrer läggas till i termoplaster på ett kontinuerligt sätt för att få en mer robust del. Den huvudsakliga fiber som används inom 3D-utskrift är kolfiber, men det finns även andra fibrer som glasfiber eller Kevlar. Upptäck mer information i vår guide om kompositmaterial.

Hybridmaterial

Hybridmaterial föds genom blandning av plaster och pulver som ger dem en ny färg, en ny finish eller ytterligare egenskaper. Ofta baserade på PLA, består dessa material vanligtvis av 70 % PLA och 30 % hybridmaterial. Till exempel finns filament baserade på trä som bambu, kork, trämjöl med mera. Dessa träbaserade material blandade med PLA ger hybridfilamentet en mer organisk konsistens. Vissa hybridmaterial innehåller metallpulver för att ge delarna en metallfinish.

Lösliga material för 3D-utskrift

Lösliga material är material som skrivs ut för att lösas upp i ett senare skede av tillverkningsprocessen. De två vanligaste materialen för lösliga filament är HIPS (High Impact Polystyrene) och PVA (polyvinylacetat). HIPS förknippas med ABS och kan lösas upp med limonen, medan PVA förknippas med PLA och kan lösas upp med vanligt vatten.

Det finns också BVOH-filament, som blir allt populärare, särskilt i skrivare med dubbla extruders. Detta beror på att materialet är vattenlösligt och enligt experter har en högre löslighet än PVA.

Flexibla material

Flexibla filament liknar PLA, men är vanligtvis gjorda av TPE eller TPU. Fördelen med att använda dessa filament vid 3D-utskrift är att de möjliggör skapandet av deformerbara objekt, som används flitigt inom modebranschen. Vanligtvis har dessa flexibla filament samma utskriftsegenskaper som PLA, men finns i en rad olika serier baserade på sin styvhet. Det är värt att ta reda på vilken typ av extruder som är mest lämplig för varje material för att undvika att det fastnar när man påbörjar 3D-utskriften.

Nylon

Föremål tillverkade av polyamider (nylon) skapas vanligtvis från ett fint, vitt och granulärt pulver med SLS-teknik. Det finns dock vissa varianter av materialet, såsom nylon, som även finns tillgängliga som filament för användning vid modellering med smälttrådsteknik (FDM). Tack vare deras biokompatibilitet kan polyamider användas för att skapa delar som kommer i kontakt med livsmedel (med undantag för livsmedel som innehåller alkohol). Polyamider, som består av semikristallina strukturer, har en god balans mellan kemiska och mekaniska egenskaper som ger god stabilitet, styvhet, flexibilitet och slagtålighet. Tack vare dessa fördelar har materialet många tillämpningar inom olika sektorer och erbjuder en hög detaljnivå. På grund av sin höga kvalitet används polyamider vid tillverkning av kugghjul, delar för flyg- och rymdindustrin, fordonsmarknaden, robotik, medicinska proteser och formsprutningsformar. Mer information finns i vår guide om nylon för 3D-utskrift.

Alumide

Objekt i alumide tillverkas av en kombination av polyamider och aluminiumpulver med hjälp av SLS-processen. Materialet har en bred, lätt porös yta och ett kornigt utseende, vilket ger betydande styrka och god motståndskraft mot höga temperaturer (upp till 172 °C). Det krävs dock vissa efterbehandlingar såsom slipning, blästring, ytbehandling eller fräsning. Alumide används för att producera komplexa modeller, designdelar eller för småskalig produktion av funktionella modeller som kräver hög styvhet och ett utseende som liknar aluminium.