Термопластик для 3D-друку: властивості, види та застосування

Термопластик – це матеріал, який плавиться при нагріванні та твердне при охолодженні, що робить його ідеальним для 3D-друку. Він використовується у вигляді філаментів у FDM-принтерах, а також у порошкових технологіях, таких як SLS та MJF. Існують різні типи термопластиків, кожен із яких має унікальні властивості та сфери застосування.

Easy3DPrint – професійні послуги 3D-друку та моделювання

Ми, Easy3DPrint, спеціалізуємося на 3D-друці і надаємо повний комплекс послуг – від створення цифрової моделі до фінальної обробки готового виробу. Використовуємо широкий спектр термопластиків, таких як PLA, ABS, PETG, TPU та нейлон, що дозволяє нам виготовляти деталі для різних сфер застосування.

Ми також допомагаємо клієнтам у виборі 3D-принтера відповідно до їхніх потреб. Наші фахівці не лише підберуть оптимальну модель, а й налаштують обладнання для максимально ефективної роботи.

Для тих, хто не має готових 3D-моделей, ми пропонуємо послугу 3D-моделювання. Це дозволяє створити точну цифрову модель виробу, що спрощує процес його виробництва. Наша команда гарантує індивідуальний підхід до кожного проєкту, забезпечуючи високу якість та точність друку.

Що таке термопластик для 3D-друку?

Термопластик – це клас полімерних матеріалів, які стають м’якими або рідкими при нагріванні та тверднуть при охолодженні. Ця ключова властивість робить їх ідеальними для технологій, що потребують формування, зокрема для 3D-друку. У процесі адитивного виробництва термопластики використовуються у вигляді ниток (філаментів), які плавляться в 3D-принтері та пошарово наносяться для створення тривимірних об’єктів. Завдяки своїй здатності до багаторазового плавлення та формуванню, термопластики стали основою для найпоширенішої технології 3D-друку – FDM (Fused Deposition Modeling).

На відміну від термореактивних пластмас, які після затвердіння не піддаються повторній обробці, термопластики зберігають пластичність і можуть бути перероблені. Ця особливість не лише сприяє економії ресурсів, але й відкриває можливості для експериментів у 3D-друку – від створення простих декоративних фігур до складних функціональних деталей.

Застосування 3D-друку з термопластика

• Прототипування: Швидке створення зразків для дизайнерів і інженерів.
•  Медицина: Друк протезів, ортопедичних устілок, моделей для хірургічного планування.
•  Освіта: Виготовлення наочних посібників (молекули, історичні артефакти).
•  Побут: Персоналізовані чохли, тримачі, кухонне приладдя.
•  Промисловість: Виробництво дрібносерійних деталей, інструментів, запасних частин.
•  Мода: Експерименти з гнучкими TPU-тканинами для одягу.

Переваги та недоліки використання термопластиків у 3D-друку

Термопластики – основні матеріали для 3D-друку методом FDM, які поєднують доступність, різноманітність і простоту використання. Вони підходять як для аматорських, так і для професійних проєктів, дозволяючи створювати прототипи, деталі та декоративні елементи. Однак ці матеріали мають і певні обмеження, пов’язані з термостійкістю, точністю друку та екологічними аспектами. Розглянемо їхні ключові переваги та недоліки.

Переваги:

• Доступність і ціна – Філаменти мають широкий ціновий діапазон, що робить їх доступними для різних користувачів.
• Різноманітність – Великий вибір кольорів, рівнів міцності та гнучкості, можливість комбінування властивостей.
• Переробка – Невдалі моделі та обрізки можна переплавити в новий філамент за допомогою спеціальних пристроїв.
• Простота для новачків – PLA і PETG легко друкуються навіть на бюджетних принтерах без складних налаштувань.

Недоліки:

• Термостійкість – PLA та ABS не підходять для деталей, що працюють при високих температурах.
• Точність – Усадка матеріалів, особливо ABS і нейлону, може спричиняти деформацію великих моделей.
• Екологічність – Окрім PLA, більшість термопластиків не розкладаються природним шляхом, а їхнє виробництво залежить від нафти.
• Складність друку гнучких матеріалів – TPU вимагає точного налаштування принтера для якісного результату.

Властивості 3D-друку з термопластику

Термопластики для 3D-друку повинні відповідати певним технічним вимогам, які впливають на процес друку та якість готового виробу. Ось детальний огляд їхніх властивостей:

Температура плавлення та склування

Кожен термопластик має діапазон температур, при якому він переходить у рідкий стан (температура плавлення) або стає гнучким (температура склування). Для 3D-друку важливо, щоб ці значення відповідали можливостям обладнання (зазвичай 180-300°C для побутових принтерів і до 400°C для промислових).

В’язкість і текучість

Розплавлений термопластик має бути достатньо текучим, щоб рівномірно видавлюватися через сопло принтера, але не надто рідким, щоб зберігати форму шару до його застигання.

Механічні властивості

Залежно від типу термопластику, виріб може бути міцним і жорстким (наприклад, ABS), гнучким (TPU) або компромісним між цими характеристиками (PETG). Це дозволяє підбирати матеріал під конкретні задачі.

Адгезія та зчеплення

Матеріал має добре прилипати до платформи друку, щоб уникнути деформації чи відшарування моделі. Водночас зчеплення між шарами впливає на міцність готового виробу.

Термічна усадка

Деякі термопластики (наприклад, ABS) схильні до скорочення при охолодженні, що може призводити до викривлення великих моделей. Інші, як PLA, мають мінімальну усадку.

Стійкість до зовнішніх факторів

Термопластики можуть бути стійкими до вологи, хімікатів чи УФ-випромінювання, що важливо для функціональних виробів.

Класифікація термопластиків для 3D-друку

Термопластики для 3D-друку поділяються на різні типи залежно від структури, властивостей і сфер застосування. Нижче наведено розширений перелік найпопулярніших матеріалів із детальними описами.

1. PLA (Полілактид)

Полілактид (PLA) – це біорозкладний термопластик, який синтезується з відновлюваних природних ресурсів, таких як кукурудзяний крохмаль або цукрова тростина. Завдяки своїй екологічності та простоті використання він став одним із найпопулярніших матеріалів для 3D-друку, особливо серед початківців і для створення декоративних чи навчальних об’єктів. 

PLA вирізняється низькою температурою плавлення та мінімальними вимогами до обладнання, що робить його ідеальним для широкого кола застосувань, хоча його механічні властивості обмежують використання у функціональних деталях.

Характеристики:

• Джерело походження: Виготовляється з органічних матеріалів (кукурудза, цукрова тростина).
• Температура друку: 180-220°C.
• Температура платформи: 20-60°C (підігрів опціональний).

Переваги:

• Екологічно чистий і біорозкладний у промислових умовах.
• Відсутність різкого запаху під час друку.
• Легкість обробки навіть на недорогих принтерах.
• Широкий вибір кольорів і текстур (з додаванням блискіток, дерева тощо).

Недоліки:

• Низька міцність і схильність до крихкості при ударах.
• Деформується при температурах вище 60°C.
• Чутливість до вологи та УФ-променів при тривалому зберіганні.

Застосування: 

• Декоративні вироби, прототипи, дитячі іграшки, навчальні моделі.

2. ABS (Акрилонітрил-бутадієн-стирол)

Акрилонітрил-бутадієн-стирол (ABS) – це міцний синтетичний термопластик, який виготовляється з нафтопродуктів і відомий своєю ударостійкістю та можливістю подальшої обробки. 

ABS широко застосовується в 3D-друку для створення функціональних деталей завдяки своїй здатності витримувати механічні навантаження та високі температури порівняно з іншими простими термопластиками. Однак його використання вимагає певного досвіду через вищі вимоги до умов друку та наявність токсичних випарів.

Характеристики:

• Джерело походження: Нафтопродукти.
• Температура друку: 220-250°C.
• Температура платформи: 90-110°C.

Переваги:

• Висока ударна міцність і довговічність.
• Можливість шліфування, фарбування та склеювання.
• Стійкість до помірних температур (до 80-100°C).

Недоліки:

• Токсичний запах і випари під час друку (рекомендується вентиляція).
• Схильність до усадки та викривлення великих моделей.
• Вимагає закритого принтера для стабільності процесу.

Застосування: 

• Корпуси пристроїв, шестерні, автомобільні деталі, іграшки (наприклад, LEGO).

3. PETG (Поліетилентерефталат-гліколь)

Поліетилентерефталат-гліколь (PETG) – це модифікований термопластик, який базується на PET (матеріалі пластикових пляшок) із додаванням гліколю для підвищення гнучкості та зручності друку. 

PETG поєднує простоту використання PLA з міцністю ABS, що робить його універсальним вибором для створення як декоративних, так і функціональних виробів. Він стійкий до зовнішніх впливів, таких як волога, і має привабливий глянцевий вигляд.

Характеристики:

• Джерело походження: Модифікований PET.
• Температура друку: 220-250°C.
• Температура платформи: 70-80°C.

Переваги:

• Висока міцність і стійкість до вологи.
• Прозорість або напівпрозорість у чистому вигляді.
• Легкість друку з хорошою адгезією шарів.

Недоліки:

• Можливе налипання на сопло принтера.
• Менша гнучкість порівняно з еластомерами, такими як TPU.
• Вимагає точного налаштування температури.

Застосування: 

• Контейнери, медичні вироби, механічні деталі, побутові аксесуари.

4. TPU (Термопластичний поліуретан)

Термопластичний поліуретан (TPU) – це синтетичний еластомер, який вирізняється високою гнучкістю та здатністю до значного розтягнення без втрати форми. 

TPU належить до категорії гнучких термопластиків, що робить його ідеальним для друку виробів, які потребують еластичності та стійкості до зносу. Хоча його обробка складніша через м’якість, він затребуваний у сферах, де потрібні амортизаційні чи деформівні властивості.

Характеристики:

• Джерело походження: Синтетичний еластомер.
• Температура друку: 210-230°C.
• Температура платформи: 40-60°C (опціонально).

Переваги:

• Висока еластичність і міцність.
• Стійкість до зносу та розтягування.
• Амортизаційні властивості.

Недоліки:

• Вимоги до спеціального екструдера для якісного друку.
• Менша точність деталей через гнучкість матеріалу.

Застосування: 

• Чохли для телефонів, ремені, прототипи взуття, ущільнювачі.

5. Нейлон (Поліамід)

Нейлон, або поліамід, – це синтетичний термопластик із винятковою міцністю, зносостійкістю та стійкістю до хімічних впливів. Завдяки своїм властивостям він широко застосовується в промислових і технічних сферах, де потрібні деталі з високою надійністю. 

Нейлон вимагає ретельної підготовки та професійного обладнання через високу температуру друку та гігроскопічність, але його характеристики компенсують ці складнощі.

Характеристики:

• Джерело походження: Синтетичний полімер.
• Температура друку: 240-270°C.
• Температура платформи: 70-100°C.

Переваги:

• Надзвичайна міцність і стійкість до тертя.
• Хімічна стійкість до масел і розчинників.
• Легкість і гнучкість при тонких шарах.

Недоліки:

• Вбирає вологу, що може погіршити якість друку (вимагає сухого зберігання).
• Висока температура друку потребує потужного обладнання.
• Вища ціна порівняно з іншими матеріалами.

Застосування: 

• Підшипники, шестерні, промислові деталі, мотузки.

6. PC (Полікарбонат)

Полікарбонат (PC) – це високоефективний синтетичний термопластик, який вирізняється поєднанням ударної міцності, термостійкості та прозорості. Він належить до категорії інженерних пластиків і використовується там, де потрібна висока надійність і стійкість до екстремальних умов. Через високу температуру плавлення та схильність до деформації PC підходить для професійних 3D-принтерів.

Характеристики:

• Джерело походження: Синтетичний полімер.
• Температура друку: 260-310°C.
• Температура платформи: 100-120°C.

Переваги:

• Висока термостійкість (до 120°C).
• Виняткова ударна міцність (використовується для броньованих стекол).
• Прозорість у чистому вигляді.

Недоліки:

• Вимагає потужного принтера з закритою камерою.
• Схильність до викривлення великих моделей.
• Висока вартість філаменту.

Застосування: 

• Захисні екрани, деталі двигунів, оптичні компоненти.

7. HIPS (Високоударний полістирол)

Високоударний полістирол (HIPS) – це синтетичний термопластик, який використовується переважно як допоміжний матеріал у 3D-друку завдяки своїй розчинності у спеціальних розчинниках, таких як лимонен. 

HIPS має легку вагу та середню міцність, що робить його практичним для створення підтримуючих структур, які легко видаляються після завершення друку складних моделей.

Характеристики:

• Джерело походження: Синтетичний полімер.
• Температура друку: 230-250°C.
• Температура платформи: 90-110°C.

Переваги:

• Розчинність для легкого видалення підтримок.
• Легкість і доступна ціна.
• Сумісність із ABS у двоекструдерному друці.

Недоліки:

• Крихкість порівняно з іншими матеріалами.
• Обмежена популярність як основний матеріал.
• Випари при друку (потрібна вентиляція).

Застосування: 

• Підтримуючі структури для ABS, легкі прототипи.

Основні методи 3D-друку з термопластика 

3D-друк термопластиком є однією з найпопулярніших і доступних технологій 3D-друку. Вона використовується як для прототипування, так і для виготовлення функціональних деталей. 

Кожен із методів 3D-друку з термопластика має свої особливості та застосування, що дозволяє обрати оптимальний варіант залежно від потреб проекту.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Ця технологія є однією з найбільш поширених та доступних у 3D-друці, оскільки її легко освоїти навіть у домашніх умовах.

• Використовує нагріту екструзійну головку для розплавлення пластикової нитки (філаменту) та накладання матеріалу шарами.
• Підтримує широкий спектр матеріалів, таких як PLA, ABS, PETG, нейлон та композитні варіанти з вуглецевим або скловолокном.
• Вимагає підтримуючих структур для друку складних деталей з нависаннями.
• Найкраще підходить для швидкого прототипування, навчальних цілей та створення простих функціональних виробів.

SLS (Selective Laser Sintering)

Технологія, яка використовує лазер для вибіркового спікання порошкових термопластиків, забезпечуючи міцність та складність деталей.

• Не потребує підтримуючих структур, оскільки незапечений порошок самостійно виконує цю функцію.
• Використовується для виготовлення міцних, гнучких і складних деталей без обмежень щодо геометрії.
• Підтримує такі матеріали, як нейлон (PA12, PA11), армовані порошки та спеціальні термостійкі полімери.
• Популярний у промисловості, де потрібні міцні кінцеві деталі, а не лише прототипи.

Multi Jet Fusion (MJF)

Цей метод поєднує високоточний друк та швидкість виготовлення, що робить його ефективним для масового виробництва деталей.

• Використовує термопластичний порошок і хімічні агенти для селективного склеювання матеріалу перед спіканням під термічним впливом.
• Забезпечує рівномірні механічні властивості виробів завдяки контролю над процесом друку.
• Відзначається високою деталізацією та можливістю створення дрібних функціональних компонентів.
• Найкраще підходить для середньо- та великосерійного виробництва кінцевих деталей.

PolyJet

Ця технологія схожа на струменевий друк, але замість чорнил використовується рідкий фотополімер, який твердне під впливом ультрафіолетового світла.

• Дозволяє друкувати з високою роздільною здатністю, що забезпечує гладку поверхню виробів.
• Може змішувати різні матеріали для створення гнучких, жорстких або прозорих елементів.
• Підходить для виготовлення прототипів із точним відтворенням деталей та текстур.
• Часто використовується у промисловому дизайні та медицині.

HSS (High-Speed Sintering)

Цей метод схожий на SLS, але замість лазера застосовує інфрачервоне нагрівання та спеціальні чорнила.

• Використовує порошкові термопластики, такі як нейлон, для створення деталей без підтримуючих структур.
• Дозволяє друкувати з високою швидкістю, що робить його ефективним для серійного виробництва.
• Забезпечує рівномірні механічні характеристики виробів.
• Використовується в автомобільній промисловості, інженерії та виготовленні споживчих товарів.

SLM (Selective Laser Melting) для полімерів

Хоча ця технологія більш відома для металів, вона також використовується для деяких спеціалізованих термопластиків.

• Використовує лазерне плавлення порошкового матеріалу для створення міцних виробів.
• Дозволяє працювати з високоміцними полімерними матеріалами, такими як PEEK.
• Забезпечує високу деталізацію та відмінні механічні властивості.
• Застосовується у виробництві медичних імплантів, аерокосмічній галузі та промислових деталях.

DLP (Digital Light Processing) для полімерів

Технологія, що використовує світловий проектор для тверднення фотополімерів, аналогічно SLA-друку.

• Дозволяє друкувати вироби з високою роздільною здатністю та гладкими поверхнями.
• Підходить для створення прототипів, ювелірних виробів та деталей із складною геометрією.
• Підтримує гнучкі, жорсткі та біосумісні матеріали.
• Використовується в стоматології, медицині та точному виробництві.

Усі ці технології розширюють можливості 3D-друку з термопластиками, дозволяючи вибрати оптимальний метод залежно від вимог до міцності, деталізації та швидкості виробництва.

Висновок

Термопластики стали основою 3D-друку, відкриваючи можливості для створення прототипів, функціональних деталей та декоративних елементів. Від PLA для початківців до нейлону та полікарбонату для промислових задач – вибір матеріалів дозволяє реалізувати найрізноманітніші проєкти.

Сучасні технології 3D-друку з термопластиками постійно розвиваються, покращуючи якість друку та розширюючи можливості застосування. Це робить їх одним із ключових матеріалів у сфері адитивного виробництва.

Маєте додаткові запитання чи потрібна допомога з вибором матеріалів? Звертайтеся до Easy3DPrint – ми підберемо оптимальний філамент і налаштування для вашого 3D-проекту!

Поширені запитання