Вибір матеріалу для 3D-друку: від пластику до металу

3D-друк дозволяє створювати об’єкти з різних матеріалів, кожен із яких має свої унікальні характеристики. Вибір матеріалу впливає на міцність, термостійкість, еластичність та довговічність виробу. У цій статті розглянемо основні категорії матеріалів для 3D-друку та їхні сфери застосування.

Easy3DPrint – ваш надійний провідник у світі матеріалів для 3D-друку!

Наша компанія спеціалізується на комплексних рішеннях у сфері 3D-друку, включаючи підбір матеріалів, калібрування обладнання та оптимізацію друку для досягнення найкращих результатів.

Вибір правильного матеріалу є ключовим фактором для отримання якісного друку, адже саме він визначає міцність, гнучкість, стійкість до зовнішніх впливів та довговічність виробу. Ми допомагаємо користувачам обрати ідеальний філамент для їхніх завдань – від базового PLA для декоративних моделей до міцних інженерних пластиків, металів і композитів для промислових застосувань.

Наші експерти детально розкажуть про властивості популярних матеріалів. Ми також надаємо рекомендації щодо налаштування 3D-принтера для кожного типу матеріалу, оптимізації друку та методів післяобробки.

Якщо ви шукаєте найкраще рішення для свого проекту – звертайтеся до Easy3DPrint! Ми допоможемо підібрати ідеальний філамент та забезпечимо бездоганну якість вашого 3D-друку.

Чому вибір матеріалу важливий для друку

3D-друк – це технологія, що дозволяє створювати фізичні об’єкти шляхом пошарового нанесення матеріалу. Процес відбувається на основі цифрової 3D-моделі, яка може бути розроблена в спеціальному програмному забезпеченні або отримана зі сканування.

Сучасні методи 3D-друку включають:

• FDM (Fused Deposition Modeling) – найпоширеніший метод, при якому нитка матеріалу (філамент) розплавляється та накладається шарами.
• SLA (Stereolithography) та DLP (Digital Light Processing) – використовують рідкі фотополімери, які затверджуються лазером або світлом.
• SLS (Selective Laser Sintering) та DMLS (Direct Metal Laser Sintering) – друк за допомогою лазерного спікання порошкових матеріалів.

Технологія активно розвивається і знаходить застосування в різних галузях, від хобі-друку до промислового виробництва.

Матеріал відіграє ключову роль у 3D-друку, оскільки визначає:

• Міцність і довговічність виробу – залежить від властивостей матеріалу, таких як жорсткість, стійкість до ударів, термостійкість.
• Гнучкість і пластичність – необхідні для створення деталей, що згинаються або деформуються (наприклад, у взуттєвій промисловості).
• Стійкість до зовнішніх факторів – деякі матеріали краще витримують вологу, ультрафіолет або хімічний вплив.
• Якість друку і точність деталей – матеріал повинен добре тримати форму під час нанесення шарів.
• Екологічність і безпечність – важливі для застосування в медицині та харчовій промисловості.

Неправильний вибір матеріалу може призвести до ламкості виробу, деформації, низької якості поверхні або навіть токсичності під час використання.

3D-друк охоплює широкий спектр матеріалів, кожен із яких має унікальні властивості, що визначають їх застосування в різних галузях. Загалом усі матеріали можна розділити на чотири основні категорії: пластики (полімери), метали, композитні матеріали та біоматеріали (екологічні альтернативи).

Пластики: найпоширеніший матеріал для 3D-друку

Пластики є найбільш популярними матеріалами для 3D-друку завдяки їх доступності, простоті у використанні та широкому вибору варіантів з різними властивостями. Вони підходять для створення прототипів, декоративних елементів, промислових деталей, медичних виробів та навіть харчового пакування.

Нижче розглянемо основні види пластиків, що використовуються в 3D-друку, їхні характеристики, переваги, недоліки та сфери застосування.

PLA (полілактид)

PLA (полілактид) – один із найпоширеніших матеріалів для 3D-друку, особливо серед початківців та аматорів.

Переваги:

• Біорозкладний, виготовляється з поновлюваних ресурсів (кукурудзяний крохмаль, цукрова тростина).
• Простий у друці: має низьку температуру плавлення (~180-220°C) і добре зчіплюється між шарами.
• Мінімальна деформація (усадка) під час друку, що дозволяє друкувати великі деталі без викривлень.
• Відсутність токсичних випарів при друку.

Недоліки:

• Менша міцність і термостійкість у порівнянні з іншими пластиками: плавиться при температурі ~60°C.
• Крихкий при ударах, що обмежує використання у функціональних деталях.
• Чутливий до вологи, може розкладатися при довготривалому контакті з водою.

Сфери застосування:

• Декоративні та прототипувальні моделі.
• Освітні та хобі-проекти.
• Біорозкладне пакування та екологічні продукти.

ABS (акрилонітрил-бутадієн-стирол)

ABS – це один із найпопулярніших промислових пластиків, що застосовується в автомобільній промисловості, будівництві та виробництві електроніки.

Переваги:

• Висока механічна міцність і ударостійкість.
• Витримує температуру до 100°C, що робить його термостійким.
• Легко піддається постобробці: шліфування, фарбування, склеювання.
• Стійкий до хімічних речовин і масел.

Недоліки:

• Виділяє токсичні випари (стирол) під час друку, тому вимагає хорошої вентиляції приміщення.
• Висока усадка під час охолодження, що може спричиняти деформацію друку.
• Складніший у друці, ніж PLA: потребує нагрітої платформи та інколи закритої камери.

Сфери застосування:

• Автомобільна промисловість (панелі, кріплення, корпуси).
• Корпуси електронних пристроїв.
• Іграшки (наприклад, LEGO виготовляється з ABS).

PETG (поліетилентерефталат-гліколь)

PETG – це модифікована версія PET (пластику для пляшок), яка має покращені механічні характеристики та прозорість.

Переваги:

• Поєднує гнучкість і міцність, не крихкий.
• Висока хімічна стійкість, не взаємодіє з водою, маслами та кислотами.
• Витримує температуру до 75°C, що робить його більш термостійким, ніж PLA.
• Виділяє менше шкідливих випарів при друку, ніж ABS.
• Легше друкувати, ніж ABS, не схильний до усадки.

Недоліки:

• Чутливий до ультрафіолетового випромінювання (може жовтіти на сонці).
• Вимагає правильно налаштованих параметрів друку для гарного зчеплення шарів.
• В’язкий, що може спричинити ниткування (stringing) під час друку.

Сфери застосування:

• Харчова промисловість (пляшки, контейнери).
• Медичні пристрої.
• Виробництво механічних деталей, що вимагають гнучкості та міцності.

TPU (термопластичний поліуретан)

TPU – це гнучкий матеріал, який поєднує властивості гуми та пластику.

Переваги:

• Висока гнучкість та еластичність: матеріал можна згинати, стискати та розтягувати без пошкоджень.
• Стійкість до стирання та механічних навантажень.
• Витримує вплив мастил, жирів та хімікатів.
• Друкується за низької температури (~200-250°C) і не виділяє токсичних речовин.

Недоліки:

• Важкий у друку: може погано подаватися через екструдер, що вимагає спеціальних налаштувань.
• Довший час друку через необхідність низьких швидкостей.
• Не підходить для дуже жорстких конструкцій через свою еластичність.

Сфери застосування:

• Виробництво м’яких виробів (амортизатори, прокладки, чохли).
• Гнучкі механічні компоненти.
• Медичні пристрої (ортопедичні устілки, протези).

Метали для 3D-друку

Метали використовуються в 3D-друці для створення високоміцних, термостійких і довговічних деталей. Металевий 3D-друк активно застосовується в промисловості, медицині, авіації, автомобілебудуванні та ювелірному виробництві.

Основні технології 3D-друку металами:

• SLS (Selective Laser Sintering) – спікання металевого порошку лазером.
• DMLS (Direct Metal Laser Sintering) – схожа на SLS, але дозволяє створювати ще більш щільні вироби.
• SLM (Selective Laser Melting) – плавлення металевого порошку лазером для створення міцних виробів.
• EBM (Electron Beam Melting) – плавлення металу за допомогою електронного променя у вакуумному середовищі.

Металевий друк відрізняється високою вартістю через складність обладнання, але відкриває можливості для виробництва складних та унікальних деталей.

Алюміній

Алюміній – один із найбільш затребуваних металів у 3D-друці завдяки його легкості та міцності.

Переваги:

• Легкий і міцний, що робить його ідеальним для авіаційних та автомобільних деталей.
• Корозійна стійкість, що дозволяє використовувати його в агресивному середовищі.
• Висока теплопровідність.

Недоліки:

• Висока вартість металевого порошку.
• Вимагає високотехнологічного обладнання для друку.

Сфери застосування:

• Авіаційна та космічна промисловість.
• Автомобільна галузь.
• Легка, міцна електроніка.

Титан

Титан відомий своєю міцністю, малою вагою і біосумісністю.

Переваги:

• Висока механічна міцність при низькій вазі.
• Біосумісний, що робить його придатним для медичних імплантатів.
• Стійкий до корозії та високих температур.

Недоліки:

• Дуже дорогий матеріал.
• Вимагає спеціального обладнання для друку та постобробки.

Сфери застосування:

• Медичні імплантати (штучні суглоби, кісткові пластини).
• Авіація та космічна галузь (реактивні двигуни, легкі деталі літаків).
• Високотехнологічне машинобудування.

Сталь

Один із найбільш універсальних металів для 3D-друку, що поєднує міцність, довговічність і відносну доступність.

Переваги:

• Висока механічна міцність і твердість.
• Корозійна стійкість, що дозволяє використовувати у вологих середовищах.
• Відносно дешевший у порівнянні з титаном та алюмінієм.

Недоліки:

• Важчий за алюміній і титан.
• Деякі види нержавіючої сталі можуть бути крихкими при екстремальних температурах.

Сфери застосування:

• Важке машинобудування.
• Харчова промисловість (контейнери, обладнання).
• Медична сфера (інструменти, каркаси імплантатів).

Кобальто-хромові сплави

Ці сплави мають чудову стійкість до зношування та високих температур.

Переваги:

• Надзвичайно висока твердість і міцність.
• Стійкість до корозії і біосумісність.
• Стійкість до високих температур.

Недоліки:

• Висока вартість.
• Вимагає точного контролю під час друку через крихкість матеріалу.

Сфери застосування:

• Стоматологія (коронки, мостовидні протези).
• Турбінні лопатки для авіаційної промисловості.
• Медичні імпланти.

Золото, срібло та платина

Дорогоцінні метали активно використовуються у 3D-друці для створення складних ювелірних виробів.

Переваги:

• Висока точність і деталізація при друці.
• Можливість створювати унікальні форми, які важко реалізувати традиційними методами.
• Довговічність і стійкість до зовнішніх впливів.

Недоліки:

• Дуже висока вартість матеріалів.
• Потрібне додаткове полірування та постобробка.

Сфери застосування:

• Ювелірна справа (кастомні прикраси).
• Виробництво унікальних декоративних елементів.

3D-друк металами відкриває величезні можливості для промисловості, медицини та авіації. Найпопулярніші метали включають алюміній, титан, нержавіючу сталь, кобальто-хромові сплави та дорогоцінні метали.

• Алюміній – для легкої промисловості та авіації.
• Титан – для медичних імплантів і космічної техніки.
• Нержавіюча сталь – для міцних та корозійностійких деталей.
• Кобальто-хром – для стоматології та високотемпературних деталей.
• Золото і срібло – для ювелірного виробництва.

3D-друк металами складніший і дорожчий, ніж друк пластиками, але дозволяє виготовляти високоточні, міцні та довговічні вироби, які важко або неможливо отримати традиційними методами виробництва. 

Композитні матеріали

Композитні матеріали в 3D-друці поєднують у собі властивості двох або більше матеріалів для отримання покращених характеристик, таких як міцність, легкість, гнучкість або термостійкість. У більшості випадків основою виступає пластик (наприклад, PLA, ABS або нейлон), який змішується з волокнистими або металевими добавками.

Композитні матеріали використовуються в авіабудуванні, автомобільній промисловості, медицині та інших галузях, де потрібні міцні й легкі деталі.

Вуглецеве волокно + пластик (Carbon Fiber Composites)

Комбінований матеріал, у якому пластикову основу (PLA, ABS або нейлон) армовано дрібнодисперсним вуглецевим волокном.

Переваги:

• Висока міцність при низькій вазі.
• Жорсткість і стійкість до деформацій.
• Висока термостійкість порівняно з чистим пластиком.

Недоліки:

• Крихкість у порівнянні з традиційними металами.
• Підвищений знос сопла 3D-принтера (потрібно використовувати сопла з загартованої сталі).
• Вимагає спеціальних налаштувань для якісного друку.

Сфери застосування:

• Авіація та космічна галузь (легкі, міцні деталі).
• Автомобільна промисловість (каркасні елементи, корпуси).
• Спортивне спорядження (карбонові рами велосипедів, частини дронів).

Скловолокно + пластик (Glass Fiber Composites)

Подібний до вуглецевого волокна композит, але з використанням скловолокна.

Переваги:

• Доступніший і дешевший, ніж карбоновий композит.
• Хороша механічна міцність і жорсткість.
• Висока термостійкість і зносостійкість.

Недоліки:

• Також зношує сопло 3D-принтера.
• Друк може вимагати підвищеної температури екструзії.

Сфери застосування:

• Будівельна та інженерна промисловість.
• Автомобільні компоненти.
• Промислове обладнання.

Металополімери (Metal-filled Filaments)

Ці матеріали містять металеві частинки (алюміній, мідь, латунь, бронзу або сталь), що додають друкованим деталям металевого вигляду та покращують їхні властивості.

Переваги:

• Металевий вигляд і відчуття без потреби в литті металу.
• Вища вага та міцність, ніж у звичайного пластику.
• Добре полірується для створення глянцевої поверхні.

Недоліки:

• Важкий матеріал (може викликати складнощі у друку).
• Підвищений знос екструдера через металеві частинки.
• Не має повної міцності та провідності справжнього металу.

Сфери застосування:

• Декоративні вироби (статуетки, аксесуари).
• Ювелірне виробництво.
• Прототипи металевих виробів.

Дерев’яні композити (Wood-filled Filaments)

Комбінація пластику (PLA) і деревних частинок (тирса, бамбук, коркове дерево).

Переваги:

• Натуральний вигляд і текстура дерева.
• Легко шліфується і тонується.
• Може імітувати різні породи дерева.

Недоліки:

• Вимагає ретельних налаштувань принтера (зміна температури впливає на колір).
• Менш міцний, ніж стандартні пластики.
• Може забивати сопло при неправильних налаштуваннях.

Сфери застосування:

• Декоративні предмети та сувеніри.
• Меблеві аксесуари.
• Архітектурні макети.

Електропровідні композити (Conductive Filaments)

Спеціальні пластики, наповнені вуглецевими або графітовими наночастинками для створення струмопровідних матеріалів.

Переваги:

• Можливість друку електронних компонентів.
• Створення сенсорів і антистатичних деталей.

Недоліки:

• Високий опір (не підходить для потужних струмів).
• Складність у друку та постобробці.

Сфери застосування:

• Гнучкі друковані плати.
• Сенсори та електронні прототипи.

Біоматеріали та екологічні альтернативи

Останнім часом екологічна стійкість стає дедалі важливішою у сфері 3D-друку. Виробники та користувачі шукають матеріали, які є безпечними для довкілля, біорозкладними або виготовленими з переробленої сировини. Біоматеріали та екологічні альтернативи допомагають зменшити вплив на навколишнє середовище, скоротити пластикові відходи та сприяти розвитку “зеленої” промисловості.

Біополімери (PLA та похідні)

PLA (полілактид) є одним із найпопулярніших матеріалів для 3D-друку, який виготовляється з відновлюваних джерел, таких як кукурудзяний крохмаль або цукрова тростина.

Переваги:

• Біорозкладність – розкладається природним шляхом у промислових умовах компостування.
• Відновлюваність – виготовляється з природної сировини, а не з нафти.
• Нетоксичність – не виділяє шкідливих випарів під час друку.
• Простий у використанні – підходить для більшості 3D-принтерів.

Недоліки:

• Чутливість до високих температур (починає деформуватися при ~60°C).
• Менша міцність у порівнянні з ABS або PETG.
• Повна біорозкладність можлива лише в спеціальних умовах (не в домашньому середовищі).

Сфери застосування:

• Виробництво екологічного пакування.
• Декоративні предмети, що не потребують великої міцності.
• Тимчасові прототипи та навчальні проєкти.

Рециркульовані пластики (перероблені матеріали)

Виробники філаментів почали створювати матеріали, виготовлені з перероблених пластикових відходів (наприклад, старих пляшок, упаковок або виробничих відходів).

Переваги:

• Зменшення пластикових відходів – сприяє циркулярній економіці.
• Мінімізація впливу на довкілля – менше споживання нафти та енергії для виробництва.
• Доступність – потенційно дешевші у виробництві.

Недоліки:

• Якість друку може бути нестабільною (перероблені матеріали можуть мати неоднорідні властивості).
• Може містити домішки, які впливають на міцність.
• Не всі 3D-принтери підтримують перероблені матеріали.

Сфери застосування:

• Декоративні та тестові деталі.
• Альтернативи звичайним PLA та PETG у непрофесійних застосуваннях.
• Вироби для екологічних ініціатив.

Дерев’яні композити (Wood-filled Filaments)

Це PLA або інші біополімери, змішані з частинками деревини (тирса, корок, бамбук).

Переваги:

• Натуральний вигляд і текстура – можна шліфувати, фарбувати та обробляти як дерево.
• Менше пластикових відходів завдяки органічному наповнювачу.
• Може імітувати різні породи дерева.

Недоліки:

• Слабкіший за традиційні пластики (через деревні волокна).
• Може засмічувати сопло при неправильних налаштуваннях.
• Не повністю біорозкладний (через вміст пластику).

Сфери застосування:

• Декоративні елементи.
• Індивідуальні дизайнерські рішення.
• Архітектурні макети.

Біосумісні матеріали для медицини

У сфері медицини активно розвивається 3D-друк біосумісними матеріалами, які можуть бути використані для виготовлення протезів, імплантатів або навіть біологічних тканин.

Переваги:

• Безпечні для контакту з організмом.
• Можливість створення персоналізованих імплантатів.
• Широкий спектр застосувань у медицині та фармацевтиці.

Недоліки:

• Дорогі у виробництві.
• Потребують спеціалізованого обладнання.
• Не всі матеріали є повністю біорозкладними.

Сфери застосування:

• Ортопедичні імплантати.
• Друк моделей для медичних досліджень.
• Створення тканин у біодруці.

Водорозчинні матеріали (PVA, HIPS)

Ці матеріали застосовуються як допоміжні, коли необхідно друкувати складні деталі з підтримками, що легко розчиняються у воді або лимонені.

Переваги:

• Повністю розчиняються у воді (PVA) або лимонені (HIPS).
• Екологічні та безпечні у використанні.
• Ідеальні для друку складних геометричних конструкцій.

Недоліки:

• Чутливі до вологи (особливо PVA, який може псуватися при зберіганні).
• Не підходять для кінцевих виробів, оскільки це допоміжний матеріал.
• Дорожчі, ніж звичайні пластики.

Сфери застосування:

• Підтримки у складних моделях.
• Тимчасові деталі, що мають бути видалені після друку.

Поради для вибору оптимального матеріалу під свої задачі

При виборі матеріалу для 3D-друку слід враховувати:

Призначення виробу

• Для декоративних та навчальних моделей – PLA.
• Для функціональних і міцних деталей – ABS, PETG, нейлон.
• Для термостійких компонентів – полікарбонат, PEEK.
• Для еластичних виробів – TPU, TPE.
• Для складних деталей із підтримками – PVA або HIPS (розчинні філаменти).

Умови експлуатації

• Високі температури – ABS, полікарбонат, PEEK.
• Вологе середовище – PETG, нейлон, металеві композити.
• Сонячне випромінювання – ASA (стійкий до ультрафіолету).

Бюджет

• Доступний варіант для початківців – PLA.
• Для промислових виробів – метали, композити, інженерні пластики.
• Для екологічних проектів – біополімери, рециркульовані пластики.

Особливості друку

• Якщо потрібен легкий друк без додаткових налаштувань – PLA, PETG.
• Якщо важливий високий рівень механічної міцності – ABS, нейлон, композити.
• Якщо необхідний гнучкий матеріал – TPU, TPE.

Правильний вибір матеріалу – запорука успішного 3D-друку. Оцініть свої потреби та оберіть оптимальний варіант, щоб отримати найкращі результати.

Висновок

Вибір матеріалу для 3D-друку залежить від цільового використання виробу, умов експлуатації та бюджету. Для декоративних моделей ідеально підходить PLA, для міцних деталей – ABS або PETG, для промислових потреб – метали та композити. Біорозкладні та рециркульовані матеріали допоможуть зменшити екологічний вплив 3D-друку.

З огляду на характеристики різних матеріалів, важливо ретельно оцінити потреби вашого проєкту перед вибором філаменту. Правильний підхід забезпечить якісний результат і довговічність виробу.

Поширені запитання