Przewodnik po drukowaniu 3D z nylonem
Filament nylonowy pozwala na produkcję trwałych części drukowanych w technologii 3D dzięki wytrzymałości, elastyczności, odporności na ciepło i uderzenia, przewyższającej tradycyjne tworzywa sztuczne. Jednak wykorzystanie tych właściwości stawia określone wymagania — od ulepszeń drukarki po właściwe przechowywanie i przetwarzanie. Prawidłowe wykorzystanie tych czynników odblokowuje wszechstronny materiał termoplastyczny, umożliwiając zaawansowanym użytkownikom produkcję funkcjonalnych prototypów, komponentów robotów i części końcowych dorównujących jakością formowaniu wtryskowemu. Ten przewodnik obejmuje właściwości, zastosowania, przygotowanie, optymalne ustawienia drukowania i wskazówki dotyczące rozwiązywania problemów w celu pomyślnego drukowania z nylonu.
Czym jest nylon do druku 3D?
Nylon odnosi się do rodziny wytrzymałych materiałów termoplastycznych na bazie poliamidu dobrze nadaje się do drukowania trwałych części, które są w stanie wytrzymać naprężenia mechaniczne w czasie. Nylon ma większą wytrzymałość, odporność na ciepło i elastyczność w porównaniu do powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych do druku 3D, takich jak ABS i PLA.
Istnieją dwa główne rodzaje włókien nylonowych:
- Nylon 6 (Poliamid 6 lub PA6): Najpopularniejsza opcja, wykonana z 6-węglowego łańcucha atomowego polimeryzowanego aminokwasami. Znana z przystępności cenowej i zdolności do osiągnięcia zrównoważonego zestawu właściwości mechanicznych.
- Nylon 12 (Poliamid 12 lub PA12): Zapewnia jeszcze większą elastyczność i odporność na uderzenia dzięki dłuższym łańcuchom składającym się z 12 atomów węgla w każdym polimerze.
Włókna nylonowe można również wzmocnić innymi materiałami w celu uzyskania lepszych właściwości:
- Nylon wzmocniony włóknem węglowym:Zapewnia znaczący wzrost sztywności, wytrzymałości i wytrzymałości na rozciąganie kosztem większej kruchości.
- Nylon wzmocniony włóknem szklanym:Znacznie zwiększa wytrzymałość, zachowując jednocześnie większą naturalną ciągliwość i właściwości zginania czystego nylonu.
Kluczowe właściwości nylonu do druku 3D
Nylon wyróżnia się spośród konwencjonalnych tworzyw sztucznych do druku 3D dzięki:
- Wyższa trwałość: Doskonała wytrzymałość na rozciąganie i wydłużanie pozwala na długotrwałe wytrzymywanie zużycia mechanicznego bez pękania lub odkształcania.
- Wrodzona elastyczność: Elastyczność jest świetna w przypadku elementów zatrzaskowych, solidnych zawiasów i odporności na uderzenia.
- Wytrzymałość cieplna: Wytrzymuje temperatury przekraczające 180°C, co pozwala na testowanie prototypów części w realistycznych warunkach eksploatacyjnych.
- Reakcja na wilgoć: Standardowe nylony szybko wchłaniają wilgoć, jednak specjalistyczne nylony, takie jak Qidi UltraPA, charakteryzują się znacznie wolniejszym wchłanianiem wilgoci, co poprawia ich stabilność wymiarową i właściwości mechaniczne.
- Odporność chemiczna: Posiada umiarkowaną odporność na oleje, smary, rozpuszczalniki i zasady, co zapewnia niezawodność w różnych warunkach rzeczywistych.
- Najsilniejsze wiązanie warstw: Qidi UltraPA wykazuje lepszą przyczepność warstw, co skutkuje mocniejszymi częściami drukowanymi w porównaniu do części wykonanych z tradycyjnych materiałów, takich jak ABS i PLA.
Zrównoważone połączenie wytrzymałości, elastyczności oraz odporności termicznej i chemicznej sprawia, że nylon jest uniwersalnym materiałem do produkcji wytrzymałych, funkcjonalnych części, zdolnych wytrzymać naprężenia i uderzenia w rzeczywistych zastosowaniach.
Typowe zastosowania nylonu w druku 3D
Zrównoważone właściwości materiałowe nylonu sprawiają, że jest to jeden z najbardziej wszechstronnych tworzyw sztucznych do drukowania w technologii 3D funkcjonalnych elementów w różnych gałęziach przemysłu.
- Inżynieria prototypów i modeli koncepcyjnych- Nylon pozwala na testowanie prototypów w realistycznych warunkach, przy spodziewanych obciążeniach, uderzeniach i warunkach termicznych, bez ryzyka przedwczesnego pęknięcia.Dzięki temu zyskujesz pewność co do projektu jeszcze przed zainwestowaniem w formy metalowe.
- Części do produkcji końcowej w małych ilościach - W przypadku niekrytycznych komponentów, takich jak koła pasowe, przekładnie i uchwyty, nylon zapewnia trwałość podobną do formowania wtryskowego, jednocześnie unikając wysokich kosztów formowania. Odporność na zmęczenie i zużycie sprawia, że jest idealny do komponentów narażonych na ciągły ruch i tarcie.
- Komponenty robotyki- Elastyczność nylonu pozwala drukowanym częściom robota, takim jak podwozie, ramiona i mocowania, niezawodnie wytrzymywać zderzenia i kolizje podczas rozwoju. Ułatwia to szybką iterację projektu.
- Wnętrze samochodu i części niekrytyczne- Doskonała odporność na starzenie pod wpływem ciepła sprawia, że nylon nadaje się do wymiany elementów, takich jak elementy wykończenia wnętrza, kanały i części systemów wentylacyjnych, które muszą być odporne na działanie promieni słonecznych przez lata użytkowania.
Począwszy od wczesnych prototypów aż po komponenty końcowe, nylon umożliwia projektowanie iteracyjne, a także nadaje się do wykorzystania w produkcji, gdy wytrzymałość i odporność na warunki atmosferyczne są ważniejsze niż absolutna precyzja.
Jak przygotować się do drukowania z nylonu
Prawidłowe przygotowanie filamentu nylonowego, powierzchni stołu roboczego i drukarki zadecyduje o sukcesie w porównaniu z bólem głowy podczas drukowania. Kluczowe kroki obejmują:
1. Przechowywanie filamentu nylonowego
Ponieważ polimer nylonowy z czasem łatwo wchłania wilgoć z powietrza, nieużywany filament należy przechowywać z zachowaniem ostrożności, aby zapobiec jego przedwczesnej degradacji:
- Zamknij szpule w szczelnych workach lub pojemnikach z dużą ilością pochłaniaczy wilgoci, które aktywnie pochłaniają wilgoć
- Do długoterminowego przechowywania trwającego kilka miesięcy, worki próżniowe są najpewniejszą metodą ochrony
- Jeśli filament jest wystawiony na działanie powietrza, zużyj go szybciej, zamiast oszczędzać szpule o nieznanej historii
- Rozważ użycie komercyjnych pudełek do suszenia włókien takie jak Suszarka do filamentów Qidi, który nie tylko zapewnia kompleksowe uszczelnienie chroniące przed kurzem i wilgocią, aby zachować suchość filamentu i wydłużyć jego żywotność, ale jest również kompatybilny z większością marek filamentów do druku 3D dostępnych na rynku.
2. Suszenie filamentu przed drukowaniem
Włókno który wchłonął wilgoć z otoczenia, powoduje liczne wady wydruku, od wyciekania/niszczenia się, po problemy kosmetyczne i poważne osłabienie właściwości mechanicznych. Skuteczne metody suszenia przed drukowaniem należy uwzględnić:
- Suszenie w piekarniku na uchwycie szpuli 50-60°C przez 4-8 godzin na podstawie typu nylonu
- Aby zapobiec zacięciom, przed załadowaniem filamentu do drukarki należy odczekać, aż całkowicie ostygnie.
3. Modyfikacje drukarki
Aby właściwie sprostać potrzebom termicznym nylonu i zapobiec odkształcaniu się części, zaleca się wykonanie kilku regulacji drukarki:
- Zainstaluj całkowicie metalową głowicę grzewczą, która niezawodnie nagrzewa się do 260-280°C temperatury dyszy do czystego wytłaczania
- Uaktualnij do podgrzewanego stołu roboczego pomiędzy 60-100°C w celu wsparcia przyczepności pierwszej warstwy
- Zbuduj izolowaną obudowę wokół obszaru drukowania, aby utrzymać temperaturę w komorze, powodując mniejsze zakłócenia przepływu powietrza
Połączenie podgrzewanego stołu i komory z dodatkowym przygotowaniem powierzchni, np. klejami lub zawiesinami, umożliwia doskonałe przyleganie pierwszej warstwy gotowej do druku.
Ustawienia druku nylonowego
Prawidłowa konfiguracja ustawień drukowania ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania właściwości nylonu w celu uzyskania wytrzymałych i funkcjonalnych części drukowanych. Poniższe zalecenia zawierają wytyczne dotyczące jakości i niezawodności.
1.Temperatury dyszy i podłoża
- Dysza: 250-320°C zapobiega zatykaniu i poprawia wiązanie warstw. Optymalna temperatura zależy od prędkości drukowania.
- Łóżko: 80-110°C wspiera przyczepność. Standardowe nylony wiążą się w dolnym zakresie. Dodatki wymagają wyższych temperatur zbliżających się 100°C.
2. Prędkość drukowania
- Zmniejsz prędkość jazdy do 40-60 mm/s, aby uzyskać najlepszą dokładność i wygląd. Szybsze chłodzenie może powodować odkształcenia.
- Niższe prędkości drukowania, rzędu 40 mm/s, znacznie poprawiają przyczepność międzywarstwową.
3. Wysokość warstwy
- 1-0,2 mm dla najwyższej rozdzielczości ze standardowymi nylonami
- Mieszanki wzmacniane węglem i szkłem umożliwiają niezawodny druk przy wysokości warstwy 0,3 mm.
4. Metody przylegania do podłoża
Oprócz podgrzewanego stołu, dalsze środki pomocnicze mogą poprawić przyczepność pierwszej warstwy:
- Lekko przeszlifowane arkusze PEI dobrze sprawdzają się w przypadku przywierania nylonu
- Rozcieńczony klej PVA/klej do drewna cienko rozprowadzony na powierzchni wydruku
- Filament ABS rozpuszczony w acetonie, a następnie nałożony na podłoże
5. Temperatura obudowy
- Utrzymywać 60-65°C temperatura wewnętrzna zapewniająca minimalne wahania chłodzenia
- Użyj termopary do aktywnego monitorowania temperatury w komorze
- Panele izolacyjne zapobiegają drastycznym wahaniom temperatury powietrza
6. Zapobieganie odkształceniom i rozwarstwianiu
Stopniowe, równomierne chłodzenie jest kluczowe dla zminimalizowania występowania defektów:
- Przed otwarciem należy odczekać, aż obudowa powoli ostygnie do temperatury pokojowej.
- Unikaj kierowania wentylatorów chłodzących na warstwy podczas początkowych przejść
- Po usunięciu wydruku należy rozważyć wyżarzanie w piecu termicznym
Optymalizacja tych ustawień drukowania wymaga większej uwagi niż rutynowe PLA czy ABS zadania, jednak stanowi podstawę do przekształcenia imponującej wytrzymałości i zachowania termicznego nylonu w trwałe komponenty. Po prawidłowym ustawieniu nylon oferuje skok w spójności i niezawodności drukowanych części, co jest warte zwiększonego wysiłku związanego z konfiguracją.
Postprodukcja wydruków nylonowych
Podczas gdy wydruki nylonowe robią wrażenie natychmiast po wydrukowaniu, dodatkowa obróbka końcowa może poprawić estetykę, właściwości i postrzeganą jakość. Stosuj te techniki w zależności od potrzeb w swojej aplikacji.
1. Chłodzenie i usuwanie z łoża drukującego
Przed wyjęciem odczekaj, aż wydruki ostygną do temperatury 60°C lub niższej. Należy zachować ostrożność, ponieważ ciepło resztkowe może sprawić, że części będą bardziej podatne na pękanie, jeśli będą traktowane nieostrożnie.
2. Usuwanie wsparcia
Nożyczki służą do usuwania łatwiejszych struktur podporowych. Rozpuszczalne podpory PVA działają również skutecznie z nylonem.
3. Szlifowanie i wygładzanie powierzchni
Nylon dobrze poddaje się wygładzaniu parą wodną lub szlifowaniu/polerowaniu, dzięki czemu uzyskuje połyskliwy wygląd dorównujący elementom formowanym wtryskowo.
4. Malowanie lub farbowanie wydruków nylonowych
Bez dodatków nylony dobrze przyjmują farbę i farbę, jeśli zostaną odpowiednio umyte i przygotowane. Podkłady zwiększają również przyczepność farby.
5. Wygładzanie rozpuszczalnikiem chemicznym
Kąpiele chemiczne w roztworze D-limonenu wygładzić powierzchnię wydruku, jednak nylon rozpuszcza się znacznie wolniej niż inne materiały, takie jak ABS, więc potrzebny jest dłuższy czas ekspozycji. Obowiązkowe są odpowiednie środki ostrożności.
Postprodukcja zapewnia kolejną drogę do personalizacji nadruków nylonowych, aby osiągnąć idealny wygląd i cele wydajnościowe. Skorzystaj z podatności nylonu na kształtowanie, jeśli chodzi o techniki wykańczania.
Rozwiązywanie typowych problemów z drukowaniem 3D z nylonu
Aby rozwiązać typowe problemy z drukowaniem nylonu, postępuj zgodnie z poniższymi wskazówkami:
- Odkształcenia i uszkodzenia przylegania do podłoża: Zwiększ temperaturę podgrzewanego stołu, zwolnij prędkość drukowania i wypróbuj dodatkowe środki wspomagające przyczepność, takie jak kleje lub zawiesiny. Zamknij drukarkę, aby zapobiec przeciągom chłodzącym. Ponadto, aby konkretnie rozwiązać problem odkształcania, wiele zaawansowanych marek drukarek 3D, takich jak QIDI TECH, przyjęło systemy ogrzewania komór aktywnych.
- Wyciek i nitkowanie: Zmniejsz odległość cofania do 4-6 mm i minimalny czas nakładania warstwy do 10-15 sekund, aby przeciwdziałać problemom z wyciekaniem. Sprawdź, czy filament jest całkowicie suchy.
- Problemy związane z wilgocią: Ponownie wysusz filament i przechowuj szczelnie zamknięty z pochłaniaczem wilgoci, gdy nie drukujesz. Użyj suszarki filamentu, jeśli wilgotność otoczenia jest stale wysoka. Rozważ mieszankę filamentów bardziej odporną na wilgoć.
- Wahania temperatury: Dostrój PID hotendy po modernizacji. Sprawdź, czy termopary mocno stykają się z hotendami. Popraw izolację obudowy, jeśli temperatury się zmienią.
- Awarie mechaniczne: Zwiększ gęstość wypełnienia lub użyj kompozytu nylonowego wzmocnionego węglem/szkłem, aby uzyskać dodatkową wytrzymałość. Zoptymalizuj orientację części na łożu, aby rozłożyć siły w sposób bardziej inteligentny.
Należy przestrzegać wszystkich stosownych wytycznych dotyczących użytkowania, w tym wymagań dotyczących wentylacji i procedur postępowania z odpadami.
Ostatnie przemyślenia
Imponująca wytrzymałość, elastyczność, odporność na ciepło i wykończenie powierzchni nylonu pozwalają na drukowanie w technologii 3D trwałych, rzeczywistych części, dorównujących formowaniu wtryskowemu. Jednak kontrola wilgoci, ulepszenia drukarek, dostrojone ustawienia drukowania i techniki postprocessingu są warunkami wstępnymi do wykorzystania tych korzyści. Gdy przestrzegane są skrupulatne protokoły, użytkownicy z różnych branż mogą wykorzystać potencjał nylonu do tworzenia trwałych prototypów funkcjonalnych, komponentów robotyki i elementów produkcji końcowej, które ulegają mechanicznemu zużyciu. W miarę dalszego rozwoju formulacji materiałów i możliwości drukarek dostępność i wpływ nylonu będą nadal rosły w całym procesie produkcyjnym.
