Гид по выбору термопластика для 3D-печати

Каждый, кто начинает заниматься 3D-печатью, задается вопросом: «Чем печатать, с чего начать?». На рынке десятки доступных пластиков для 3D-печати, производящихся в форме филамента — прутка, намотанного на бобины. Разнообразие материалов может ввести неподготовленного человека в замешательство. Какой пластик для 3D-печати выбрать — именно тот вопрос, с решением которого данная статья поможет определиться начинающему 3D-печатнику.

При выборе пластика для печати решающее значение имеет назначение печатаемых деталей. Также важны характеристики используемого принтера, так как не каждый пластик подойдет к каждому принтеру — помимо диаметра филамента, имеют значение его температура плавления, жесткость, наличие или отсутствие у принтера подогреваемой платформы и закрытой камеры.

Типы пластиков:

PLA (Полилактид)

PLA (Полилактид) — биоразлагаемый пластик, в основе которого находится молочная кислота. Производится из сахарного тростника или кукурузы.
Может также производиться из других натуральных продуктов, таких как картофельный крахмал или целлюлоза.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 190-230°C
2. Температура стола — 20-60°C
3. Обдув — желателен
4. Межслойная адгезия — хорошая
5. Адгезия к столу — хорошая

Является одним из самых популярных пластиков для 3D-печати. Хорошо подходит для печати дома. Причиной данной популярности являются следующие характеристики:

Плюсы:

1. Не дает усадки при печати, что позволяет получить точное соответствие размеров напечатанного изделия смоделированному.
2. Не требует подогреваемого стола и не боится сквозняков при печати, а значит может использоваться для печати на самом дешевом китайском принтере с открытым корпусом.
3. Нетоксичен. Во время печати приятно и несильно пахнет, что позволяет печатать им в квартире без использования специальной вытяжки.
4. Твердый, прочный и скользкий, широкий диапазон применений.
5. Производится из натуральных компонентов, может использоваться для контакта с пищевыми продуктами.
6. Биоразлагаемый, вещи из данного пластика не наносят вреда окружающей среде при утилизации.

Минусы:

1. Под воздействием воздуха и ультрафиолета, как и любой натуральный материал, со временем становится более хрупким, вследствие чего не рекомендуется для долговременного применения при больших физических нагрузках или использования без защитного покрытия на открытом воздухе.
2. Низкая температура размягчения (50°C) — в салоне машины, оставленной на солнце в жаркий день, легко размягчается и теряет форму.
3. Узкий температурный диапазон использования (-20 — +40°C).
4. Высокая твердость пластика затрудняет его механическую обработку.
5. Пластик некоторых производителей, из-за высокого содержания остаточных мономеров, склонен к образованию пробок в цельнометаллических хотэндах.

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол)

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) — ударопрочный пластик, очень популярен в промышленности и 3D-печати. Изделия из ABS достаточно прочны, поэтому его часто используют для печати функциональных объектов, имеющих практическое применение.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 210-245°C
2. Температура стола — 90-120°C
3. Обдув — нежелателен
4. Межслойная адгезия — средняя
5. Адгезия к столу — средняя

Из-за невысокой стоимости сырья, является одним из самых доступных по цене пластиков.

Плюсы:

1. Хорошее сочетание прочности и упругости позволяет использовать его для изготовления механических изделий, рассчитанных на долгий срок эксплуатации.
2. Широкий диапазон используемых температур позволяет эксплуатировать изделия из него в технических целях.
3. Простота механической обработки, в комплексе с химическим сглаживанием поверхности недорогими растворителями типа ацетона, позволяют делать декоративные изделия или корпуса с высоким качеством поверхности.

Минусы:

1. Плохо переносит воздействие ультрафиолетового излучения, желтеет на солнечном свете, что ограничивает применение неокрашенных поверхностей на улице.
2. Не любит сквозняков при печати, что ограничивает применение дешевых принтеров с открытым корпусом.
3. Из-за относительно высокой усадки склонен к деламинации (расслоению), требует наличия подогреваемого стола, без него возникают проблемы с прилипанием к столу первого слоя.
4. В процессе печати может образовываться неприятных запах, печатать лучше в проветриваемом помещении, или оснащать принтер специальной системой вытяжной вентиляции, с выводом за пределы квартиры.

HIPS (высокопрочный полистирол)

HIPS (высокопрочный полистирол) — достаточно мягкий пластик, создавался для использования совместно с ABS, для поддержек при двуэкструдерной 3D-печати. Этому способствовали его следующие свойства: одинаковая с ABS температура экструзии, низкая спекаемость с ABS, наличие растворителя (D-Limonene), который растворяет HIPS и не растворяет ABS.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 210-245°C
2. Температура стола — 90-120°C
3. Обдув — нежелателен
4. Межслойная адгезия — средняя
5. Адгезия к столу — средняя

Но его характеристики сделали возможным использование данного пластика и для самостоятельного применения. На данный момент выпускается различными производителями в широком диапазоне цветов, однако меньшем, чем для PLA или ABS.

Плюсы:

1. Меньшая усадка, чем у ABS, что делает его пригодным для печати точных изделий.
2. Меньшая плотность, чем у PLA, что позволяет печатать изделия, где необходима легкость конструкции.
3. Мягкость поверхности, которая гарантирует простоту механической обработки.
4. Матовость, которая придает эффект сглаженности изделиям.
5. Температура размягчения почти как у ABS, что позволяет использовать его в уличных условиях.

Минусы:

Как и ABS, требует подогреваемой платформы и подвержен деламинации, хоть и в меньшей степени.
Меньшая, чем у ABS, прочность на изгиб и, как следствие, большая хрупкость изделий.
Низкая устойчивость к ультрафиолетовому излучению, что ограничивает использование изделий на солнечном свете.

PETG

PETG (полиэтилентерефталат-гликоль) — относительно новый, по сравнению с тем же ABS, материал, но уже завоевавший заслуженное признание у 3D-печатников. Пластик достаточно ударопрочный, а спекаемость слоев получается такой, что при нагрузке изделие часто ломается против слоев, а не вдоль.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 215-245°C
2. Температура стола — 20-80°C
3. Обдув — 20%
4. Межслойная адгезия — очень высокая
5. Адгезия к столу — средняя

Плюсы:

1. Отсутствие запаха при печати — позволяет печатать в домашних условиях, не используя дополнительную вытяжку.
2. Отсутствие усадки обеспечивает высокую точность размеров принтов.
3. Очень сильное спекание между слоями — можно печатать тонкостенные изделия с высокой прочностью.
4. Стойкость к ультрафиолету — напечатанные модели можно использовать вне помещений.
5. Широкий температурный диапазон эксплуатации.
6. При печати не требуется закрытая камера.
7. Хорошее скольжение и ударопрочность — можно печатать шестерни, втулки и другие детали механизмов.
8. Не токсичен, можно печатать изделия, предназначенные для контакта с пищей.

Минусы:

1. Высокая текучесть требует тщательной настройки ретрактов.
2. Высокая температура печати быстро выводит из строя фторопластовую вставку в хотэнде и заставляет задуматься о переходе на цельнометаллические термобарьеры.
3. Прочность и температура размягчения ниже, чем у ABS.

SBS

SBS (стиролбутадиен–стирол) — еще один из относительно новых игроков на рынке пластиков для 3D-печати. Характеризуется низкой токсичностью и усадкой, а также высокой прочностью. Основное его преимущество в его прозрачности. Изделия, напечатанные этим пластиком и обработанные сольвентом, приобретают прозрачность окрашенного стекла.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 220-240°C
2. Температура стола — 70-90°C
3. Обдув — 20%
4. Межслойная адгезия — низкая
5. Адгезия к столу — средняя

Плюсы:

1. Относительно низкая усадка, позволяющая печатать в принтерах с открытым корпусом.
2. Высокая адгезия к столу.
3. Возможность контакта с пищевыми изделиями.
4. Ударопрочность.
5. Красивые цвета, позволяющие создавать уникальные предметы декора.
6. Прозрачность после обработки, возможность использования в светильниках.
7. Широкий диапазон температур эксплуатации, морозостойкость.
8. Простота постобработки как химическими, так и механическими методами.

Минусы:

1. Слабая межслойная адгезия, требует сопел с большим диаметром отверстия, либо печати со 100% заполнением.
2. Относительно высокая температура печати, как и у PETG.

Flex

Flex (полиуретан) — мягкий резиноподобный материал. Используется там, где нужна гибкость и эластичность готовых изделий

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 220-240°C
2. Температура стола — 90-110°C
3. Обдув — нежелателен
4. Адгезия слоев — хорошая
5. Адгезия к столу — средняя

Плюсы:

1. Гибкость — основное свойство, которое обуславливает применение.
2. Масло-бензостойкость — может использоваться при прямом контакте с этими жидкостями.
3. Широкий температурный диапазон применения — можно использовать в технических изделиях, в условиях повышенных температур.

Минусы:

1. Сложность печати — зачастую требуется доработка экструдера для печати гибкими материалами.
2. Не всегда возможна печать с ретрактами — возможно возникновение “соплей” на модели.

Nylon

Nylon (нейлон — синтетический материал из семейства полиамидов) — очень стоек к истиранию, отсюда и основное применение — трущиеся узлы кинематических пар (шестеренки, втулки и т.д.).

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 235-260°C
2. Температура стола — 100-120°C
3. Обдув — нежелателен
4. Адгезия слоев — высокая
5. Адгезия к столу — низкая

Его устойчивость к высоким температурам, хорошее скольжение и стойкость к истиранию делают нейлон незаменимым материалом для разнообразных шестеренок и конструкционных деталей. Нивелируется это очень высокой усадкой, необходимостью закрытой камеры для печати и невозможностью печати больших изделий.

Плюсы:

1. Прочность.
2. Упругость.
3. Высокое скольжение.
4. Термостойкость.
5. Химическая стойкость.

Минусы:

1. Сложность печати.
2. Высокая усадка, при моделировании необходимо обязательно корректировать размеры с учетом усадки.

PC

PC (Поликарбонат) — один из самых крепких материалов в этом списке. Устойчив к физическому и тепловому воздействию. Выдерживает температуру до 110°C. Прозрачный. В промышленности используется для изготовления бронестекол и масок для аквалангов, остекления парников. В бытовой 3D-печати применяется редко. Причина - высокие гигроскопичность, температура печати и усадка.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 270-310°C
2. Температура стола — 90-110°C
3. Обдув — нежелателен
4. Межслойная адгезия — высокая
5. Адгезия к столу — низкая

Wood

Wood или Woodfill (древеснонаполненный) — это PLA, в который добавляют очень мелкие древесные опилки. В результате чего, изготовленные с применением данного пластика изделия получают фактуру древесины. Используется в декоративных целях. Из него можно печатать изделия, которые будут хорошо смотреться на полке или на столе. Чашки, фигурки, сувениры. Также можно изготавливать архитектурные макеты.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 190-230°C
2. Температура стола — 20-60°C
3. Обдув — желателен
4. Межслойная адгезия — средняя
5. Адгезия к столу — хорошая

Плюсы:

1. Легкость печати.
2. Внешний вид и фактура максимально приближены к древесине.
3. Приятные тактильные ощущения.

Минусы:

1. Невозможность печати узкими соплами (забивается).
2. Чуть большая абразивность.
3. Прочность изделий снижена, по сравнению с классическим PLA.

Metal

Metal, bronzefill и т.д. (Металлонаполненный) — пластик, аналогичный предыдущему, только в качестве наполнителей работают частицы бронзы, меди, латуни или алюминия, а в качестве базового пластика может использоваться не только PLA, но и ABS. Обычно в пластик добавляют до 50% металлического порошка, но существуют филаменты с долей металла до 85%.

Параметры печати:

Зависят от материала основы, металла и степени наполнения. Сильно меняются у разных производителей.

Технические характеристики:

Зависят от материала основы, металла и степени наполнения. Сильно меняются у разных производителей.

Плюсы:

1. Металлический блеск готовых изделий.
2. Постобработка позволяет придать фактуру литого изделия.

Минусы:

1. Повышенная абразивность — для печати лучше использовать сопла из нержавеющей стали

bioFila

bioFila (Биоразлагаемый) — основное достоинство данного филамента - это не прочность или уникальные физические свойства, а отсутствие вреда экологии.
При массовом изготовлении прототипов много пластика уходит на неудачные модели, которые приходится выбрасывать. Использование данного пластика позволяет снизить экологический ущерб при изготовлении таких моделей.

Плюсы:

1. Экологичность.
2. Простота печати.

Минусы:

1. Низкая прочность.

Conductive

Conductive (электропроводный) — это пластик, который можно использовать в качестве токопроводящих элементов в электрических цепях. Может использоваться в небольших поделках, в которых не нужны большие токи или высокое сопротивление может быть нивелировано большой площадью напечатанного проводника. Идеален для учебных пособий.

Плюсы:

1. Электропроводность.
2. При использовании двухэкструдерных принтеров можно печатать проводники сразу в готово изделии.

Минусы:

1. Низкая электропроводность - для пропускания небольшого тока требуется печать проводников с большим сечением.

Ceramo

Ceramo, ceramic (керамический) — материал, имитирующий керамические изделия. Твердый и прочный, но хрупкий.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 230-250°C
2. Температура стола — 90-110°C
3. Обдув — нежелателен
4. Адгезия слоев — отличная
5. Адгезия к столу — средняя

Плюсы:

1. Фактура напечатанного изделия напоминает керамику.
2. Легко шкурится.
3. Достаточно термостоек для кипятка и как правило безопасен (зависит от конкретной марки, читайте инструкцию производителя) — то есть, может контактировать с продуктами, использоваться для изготовления посуды контактирующей с пищей.

Минусы:

1. Хрупкий, не рекомендуется к печати на принтерах с сильными изгибом подающего филамент тракта.

Carbon Fiber

Carbon Fiber (С углеродным волокном) — инженерный пластик рассчитанный на высокие нагрузки. В качестве основы обычно используется нейлон с добавлением углеродных волокон. Может также изготавливаться на основе PLA, ABS, PETG, PC. Характеристики зависят от свойств материала основы.
Углеродные волокна придают повышенную прочность данному виду пластика, но при этом обладают высокой абразивностью. Крайне не рекомендуется печать латунными соплами. По отзывам пользователей, сопло 0,3 мм растачивает до 0,5 примерно за полчаса печати. Поэтому для печати используют сопла из нержавеющей стали или с рубиновым наконечником. Используется для печати изделий работающих с высокими механическими нагрузками.

Плюсы:

1. Очень прочный и упругий.
2. Позволяет получать легкие и прочные изделия.
3. Не требует высокого заполнения.

Минусы:

1. Очень абразивный, требуются сопла из нержавеющей стали или с рубиновым наконечником.
2. Сложность печати (зависит от материала-основы).
3. Стоимость (между обычными бытовыми и высокотемпературными инженерными пластиками).

PP

PP (полипропилен) — широко распространенный пластик, применяемый в производстве упаковочных материалов, посуды, шприцов, труб. Преимущества данного материала — нетоксичность, высокая химическая стойкость, устойчивость к влаге и износу.

Параметры печати:

1. Температура экструзии — 220-250°C
2. Температура стола — 100-120°C
3. Обдув — нежелателен
4. Адгезия слоев — средняя
5. Адгезия к столу — низкая

Плюсы:

1. Химическая инертность позволяет применять его для изделий имеющих непосредственный контакт с пищевыми продуктами или в медицине.
2. Высокая прочность позволяет применять его для изделий несущих конструкционные нагрузки.

Минусы:

1. Сложность печати - требует наличия термокамеры.
2. Высокая усадка.
3. Низкая стойкость к отрицательным температурам.

PMMA

PMMA (Полиметилметакрилат, более известный как оргстекло) — прочный влагоустойчивый материал, устойчивый к воздействию солнечного света. Прозрачный.
Изделия из него достаточно пластичны и легко поддаются склейке. В традиционной 3D-печати методом FDM используется достаточно редко.

Плюсы:

1. Прозрачность
2. Стойкость к ультрафиолетовому излучению
3. Легкость склейки
4. Простота постобработки.

Минусы:

1. Плохо хранится в виде катушек, так-как постоянное механическое натяжение приводит к постепенному разрушению материала;
2. Во избежание образования пузырьков разрешение печати должно быть очень высоким, практически недоступным для домашних принтеров;
3. Быстрое застывание требует наличия термокамеры и высокой скорости печати;
4. Высокая скорость печати снижает разрешение, что приводит к увеличению проблемы пузырьков.

Это далеко не полный перечень материалов для 3D печати. Существует еще много типов экзотических пластиков, находящих применение в своих нишах.