Термопластик для 3D-печати: свойства, виды и применение

Термопластик – это материал, который плавится при нагревании и твердеет при охлаждении, что делает его идеальным для 3D-печати. Он используется в виде филаментов в принтерах FDM, а также в порошковых технологиях, таких как SLS и MJF. Существуют различные типы термопластиков, каждый из которых обладает уникальными свойствами и сферами применения.

Easy3DPrint – профессиональные услуги 3D-печати и моделирования

Мы, Easy3DPrint, специализируемся на 3D-печати и даём полный комплекс услуг – от создания цифровой модели до финальной обработки готового изделия. Используем широкий спектр термопластиков, таких как PLA, ABS, PETG, TPU и нейлон, что позволяет нам производить детали для различных сфер применения.

Мы также помогаем клиентам в выборе 3D-принтера в соответствии с их потребностями. Наши специалисты не только подберут оптимальную модель, но и настроят оборудование для максимально эффективной работы.

Для тех, кто не имеет готовых 3D-моделей, мы предлагаем услугу 3D-моделирования. Это позволяет создать точную цифровую модель изделия, упрощающую процесс его производства. Наша команда гарантирует индивидуальный подход к каждому проекту, обеспечивая высокое качество и точность печати.

Что такое термопластик для 3D-печати?

Термопластик — это класс полимерных материалов, которые становятся мягкими или жидкими при нагревании и затвердевают при охлаждении. Это ключевое свойство делает их идеальными для технологий, требующих формирования, в частности для 3D-печати. В процессе производства производства термопластики используются в виде нитей (филаментов), которые плавятся в 3D-принтере и послойно наносятся для создания трехмерных объектов. Благодаря своей способности к многократному плавлению и формированию, термопластики стали основой для самой распространенной технологии 3D-печати — FDM (Fused Deposition Modeling).

В отличие от термореактивных пластмасс, которые после отверждения не подвергаются повторной обработке, термопластики сохраняют пластичность и могут быть переработаны. Эта особенность не только способствует экономии ресурсов, но и открывает возможности для экспериментов в 3D-печати – от создания простых декоративных фигур до сложных функциональных деталей.

Применение 3D-печати из термопластика

• Прототипирование: Быстрое создание образцов для дизайнеров и инженеров.
• Медицина: Печать протезов, ортопедических стельок, моделей для хирургического планирования.
• Образование: Изготовление наглядных пособий (молекулы, исторические артефакты).
• Быт: Персонализированные чехлы, держатели, кухонные принадлежности.
• Промышленность: Производство мелкосерийных деталей, инструментов, запасных частей.
• Мода: Эксперименты с гибкими TPU-тканями для одежды.

Преимущества и недостатки использования термопластиков в 3D-печати

Термопластики – основные материалы для 3D-печати методом FDM, которые сочетают доступность, разнообразие и простоту использования. Они подходят как для любительских, так и профессиональных проектов, позволяя создавать прототипы, детали и декоративные элементы. Однако эти материалы имеют и определенные ограничения, связанные с термостойкостью, точностью печати и экологическими аспектами. Рассмотрим их ключевые преимущества и недостатки.

Преимущества:

• Доступность и цена – Филаменты имеют широкий ценовой диапазон, что делает их доступными для разных пользователей.
• Разнообразие – Большой выбор цветов, уровней прочности и гибкости, возможность комбинирования свойств.
• Переработка – Неудачные модели и обрезки можно переплавить в новый филамент с помощью специальных устройств.
• Простота для новичков – PLA и PETG легко печатаются даже на бюджетных принтерах без сложных настроек.

Недостатки:

• Термостойкость – PLA и ABS не подходят для деталей, работающих при высоких температурах.
• Точность – Усадка материалов, особенно ABS и нейлона, может вызвать деформацию больших моделей.
• Экологичность – Кроме PLA, большинство термопластиков не разлагаются естественным путем, а их производство зависит от нефти.
• Сложность печати гибких материалов – TPU требует точной настройки принтера для качественного результата.

Свойства 3D-печати из термопластика

Термопластики для 3D-печати должны отвечать определенным техническим требованиям, влияющим на процесс печати и качество готового изделия. Вот подробный обзор их свойств:

Температура плавления и стеклования

Каждый термопластик имеет диапазон температур, при котором он переходит в жидкое состояние (температура плавления) или становится гибким (температура стеклования). Для печати 3D важно, чтобы эти значения соответствовали возможностям оборудования (обычно 180-300°C для бытовых принтеров и до 400°C для промышленных).

Вязкость и текучесть

Расплавленный термопластик должен быть достаточно текучим, чтобы равномерно выдавливаться через сопло принтера, но не слишком редким, чтобы сохранять форму слоя до его застывания.

Механические свойства

В зависимости от типа термопластика изделие может быть прочным и жестким (например, ABS), гибким (TPU) или компромиссным между этими характеристиками (PETG). Это позволяет подбирать материал под конкретные задачи.

Адгезия и сцепление

Материал должен хорошо прилипать к платформе печати, чтобы избежать деформации или отслоения модели. В то же время сцепление между слоями влияет на прочность готового изделия.

Термическая усадка

Некоторые термопластики (например, ABS) подвержены сокращению при охлаждении, что может приводить к искривлению больших моделей. Остальные, как PLA, имеют минимальную усадку.

Устойчивость к внешним факторам

Термопластики могут быть устойчивы к влаге, химикатам или УФ-излучению, что важно для функциональных изделий.

Классификация термопластиков для 3D-печати

Термопластики для 3D-печати делятся на разные типы в зависимости от структуры, свойств и сфер применения. Ниже представлен расширенный перечень самых популярных материалов с подробными описаниями.

1. PLA (Полилактид)

Полилактид (PLA) — это биоразлагаемый термопластик, который синтезируется из возобновляемых природных ресурсов, таких как кукурузный крахмал или сахарный тростник. Благодаря своей экологичности и простоте использования он стал одним из самых популярных материалов для 3D-печати, особенно среди начинающих и для создания декоративных или обучающих.их объектов.

PLA отличается низкой температурой плавления и минимальными требованиями к оборудованию, что делает его идеальным для широкого круга применений, хотя его механические свойства ограничивают использование в функциональных деталях.

Характеристики:

• Источник происхождения: Изготавливается из органических материалов (кукуруза, сахарный тростник).
• Температура печати: 180-220°C.
• Температура платформы: 20-60°C (подогрев опциональный).

Преимущества:

• Экологически чистый и биоразлагаемый в промышленных условиях.
• Отсутствие резкого запаха при печати.
• Легкость обработки даже на недорогих принтерах.
• Широкий выбор цветов и текстур (с добавлением блесток, дерева и т.п.).

Недостатки:

• Низкая прочность и склонность к хрупкости при ударах.
• Деформируется при температурах выше 60°C.
• Чувствительность к влаге и УФ-лучам при длительном хранении.

Применение: 

• Декоративные изделия, прототипы, детские игрушки, обучающие модели.

2. ABS (Акрилонитрил-бутадиен-стирол)

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS) — это прочный синтетический термопластик, который производится из нефтепродуктов и известен своей ударостойкостью и возможностью дальнейшей обработки.

ABS широко применяется в 3D-печати для создания функциональных деталей благодаря своей способности выдерживать механические нагрузки и высокие температуры по сравнению с другими простыми термопластиками. Однако его использование требует определенного опыта из-за более высоких требований к условиям печати и наличия токсичных испарений.

Характеристики:

• Источник происхождения: Нефтепродукты.
• Температура печати: 220-250°C.
• Температура платформы: 90-110°C.

Преимущества:

• Высокая ударная прочность и долговечность.
• Возможность шлифования, окрашивания и склеивания.
• Устойчивость к умеренным температурам (до 80-100°C).

Недостатки:

• Токсичный запах и испарения при печати (рекомендуется вентиляция).
• Склонность к усадке и искривлению больших моделей.
• Требует закрытого принтера для стабильности процесса.

Применение: 

• Корпуса устройств, шестерни, автомобильные детали, игрушки (например, LEGO).

3. PETG (Полиэтилентерефталат-гликоль)

Полиэтилентерефталат-гликоль (PETG) — это модифицированный термопластик, который базируется на PET (материале пластиковых бутылок) с добавлением гликоля для повышения гибкости и удобство печати.

PETG сочетает простоту использования PLA с прочностью ABS, что делает его универсальным выбором для создания как декоративных, так и функциональных изделий. Он устойчив к внешним воздействиям, таким как влага, и имеет привлекательный глянцевый вид.

Характеристики:

• Источник происхождения: Модифицированный PET.
• Температура печати: 220-250°C.
• Температура платформы: 70-80°C.

Преимущества:

• Высокая прочность и стойкость к влаге.
• Прозрачность или полупрозрачность в чистом виде.
• Легкость печати с хорошей адгезией слоев.

Недостатки:

• Возможно налипание на сопло принтера.
• Меньшая гибкость по сравнению с эластомерами, такими как TPU.
• Требует точной настройки температуры.

Применение: 

• Контейнеры, медицинские изделия, механические детали, бытовые аксессуары.

4. TPU (Термопластичный полиуретан)

Термопластичный полиуретан (TPU) — это синтетический эластомер, отличающийся высокой гибкостью и способностью к значительному растяжению без потери формы.

TPU относится к категории гибких термопластиков, что делает его идеальным для печати изделий, требующих эластичности и стойкости к износу. Хотя его обработка сложнее из-за мягкости, он востребован в областях, где нужны амортизационные или деформирующие свойства.

Характеристики:

• Источник происхождения: Синтетический эластомер.
• Температура печати: 210-230°C.
• Температура платформы: 40-60°C (опционально).

Преимущества:

• Высокая эластичность и прочность.
• Устойчивость к износу и растяжению.
• Амортизационные свойства.

Недостатки:

• Требования к специальному экструдеру для качественной печати.
• Меньшая точность деталей из-за гибкости материала.

Применение: 

• Чехлы для телефонов, ремни, прототипы обуви, уплотнители.

5. Нейлон (Полиамид)

Нейлон, или полиамид, — это синтетический термопластик с исключительной прочностью, износостойкостью и стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам он широко применяется в промышленных и технических областях, где требуются детали с высокой надежностью.

Нейлон требует тщательной подготовки и профессионального оборудования из-за высокой температуры печати и гигроскопичности, но его характеристики компенсируют эти сложности.

Характеристики:

• Источник происхождения: Синтетический полимер.
• Температура печати: 240-270°C.
• Температура платформы: 70-100°C.

Преимущества:

• Чрезвычайная прочность и стойкость к трению.
• Химическая стойкость к маслам и растворителям.
• Легкость и гибкость при тонких слоях.

Недостатки:

• Впитывает влагу, что может ухудшить качество печати (требует сухого хранения).
• Высокая температура печати требует мощного оборудования.
• Высшая цена по сравнению с другими материалами.

Применение: 

• Подшипники, шестерни, промышленные детали, веревки.

6. PC (Поликарбонат)

Поликарбонат (PC) — это высокоэффективный синтетический термопластик, отличающийся сочетанием ударной прочности, термостойкости и прозрачности. Он относится к категории инженерных пластиков и используется там, где требуется высокая надежность и устойчивость к экстремальным условиям. Из-за высокой температуры плавления и склонности к деформации PC подходит для профессиональных 3D-принтеров.

Характеристики:

• Источник происхождения: Синтетический полимер.
• Температура печати: 260-310°C.
• Температура платформы: 100-120°C.

Преимущества:

• Высокая термостойкость (до 120°C).
• Исключительная ударная прочность (используется для бронированных стекол).
• Прозрачность в чистом виде.

Недостатки:

• Требует мощного принтера с закрытой камерой.
• Склонность к искривлению больших моделей.
• Высокая стоимость филамента.

Применение: 

• Защитные экраны, детали двигателей, оптические компоненты.

7. HIPS (Высокоударный полистирол)

Высокоударный полистирол (HIPS) — это синтетический термопластик, который используется преимущественно как вспомогательный материал в 3D-печати благодаря своей растворимости в специальных растворителях, таких как лимонен.

HIPS обладает легким весом и средней прочностью, что делает его практичным для создания поддерживающих структур, которые легко удаляются после завершения печати сложных моделей.

Характеристики:

• Источник происхождения: Синтетический полимер.
• Температура печати: 230-250°C.
• Температура платформы: 90-110°C.

Преимущества:

• Растворимость для легкого удаления поддержки.
• Легкость и доступная цена.
• Совместимость с ABS в двухэкструдерной печати.

Недостатки:

• Хрупкость по сравнению с другими материалами.
• Ограниченная популярность как основной материал.
• Испарения при печати (нужна вентиляция).

Применение: 

• Поддерживающие структуры для ABS, легкие прототипы.

Основные методы 3D-печати из термопластика 

3D-печать термопластиком является одной из самых популярных и доступных технологий 3D-печати. Он используется как для прототипирования, так и для изготовления функциональных деталей.

Каждый из методов 3D-печати из термопластика имеет свои особенности и применение, что позволяет выбрать оптимальный вариант в зависимости от потребностей проекта.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Эта технология является одной из наиболее распространенных и доступных в 3D-печати, поскольку ее легко освоить даже в домашних условиях.

• Использует нагретую экструзионную головку для расплавления пластиковой нити (филамента) и наложения материала слоями.
• Поддерживает широкий спектр материалов, таких как PLA, ABS, PETG, нейлон и композитные варианты с углеродным или стекловолокном.
• Требует поддерживающих структур для печати сложных деталей с нависаниями.
• Лучше всего подходит для быстрого прототипирования, учебных целей и создания простых функциональных изделий.

SLS (Selective Laser Sintering)

Технология, использующая лазер для выборочного спекания порошковых термопластиков, обеспечивая прочность и сложность деталей.

• Не требует поддерживающих структур, поскольку не запеченный порошок самостоятельно выполняет эту функцию.
• Используется для изготовления прочных, гибких и сложных деталей без ограничений по геометрии.
• Поддерживает такие материалы, как нейлон (PA12, PA11), армированные порошки и специальные термостойкие полимеры.
• Популярен в промышленности, где требуются прочные конечные детали, а не только прототипы.

Multi Jet Fusion (MJF)

Этот метод сочетает высокоточную печать и скорость изготовления, что делает его эффективным для массового производства деталей.

• Использует термопластичный порошок и химические агенты для селективного склеивания материала перед спеканием под термическим воздействием.
• Обеспечивает равномерные механические свойства изделий благодаря контролю над процессом печати.
• Отличается высокой детализацией и возможностью создания мелких функциональных компонентов.
• Лучше всего подходит для средне- и крупносерийного производства конечных деталей.

PolyJet

Эта технология похожа на струйную печать, но вместо чернил используется жидкий фотополимер, твердеющий под воздействием ультрафиолетового света.

• Позволяет печатать с высоким разрешением, что обеспечивает гладкую поверхность изделий.
• Можно смешивать различные материалы для создания гибких, жестких или прозрачных элементов.
• Подходит для изготовления прототипов с точным воспроизведением деталей и текстур.
• Часто используется в промышленном дизайне и медицине.

HSS (High-Speed ​​Sintering)

Этот метод похож на SLS, но вместо лазера применяет инфракрасный нагрев и специальные чернила.

• Использует порошковые термопластики, такие как нейлон, для создания деталей без поддерживающих структур.
• Позволяет печатать с высокой скоростью, что делает его эффективным для серийного производства.
• Обеспечивает равномерные механические характеристики изделий.
• Используется в автомобильной промышленности, инженерии и изготовлении потребительских товаров.

SLM (Selective Laser Melting) для полимеров

Хотя эта технология более известна для металлов, она также используется для некоторых специализированных термопластиков.

• Использует лазерную плавку порошкового материала для создания прочных изделий.
• Позволяет работать с высокопрочными полимерными материалами, такими как PEEK.
• Обеспечивает высокую детализацию и отличные механические свойства.
• Применяется в производстве медицинских имплантов, аэрокосмической отрасли и промышленных деталях.

DLP (Digital Light Processing) для полимеров

Технология, использующая световой проектор для твердения фотополимеров, аналогично SLA-печати.

• Позволяет печатать изделия с высоким разрешением и гладкими поверхностями.
• Подходит для создания прототипов, ювелирных изделий и деталей со сложной геометрией.
• Поддерживает гибкие, жесткие и биосовместимые материалы.
• Используется в стоматологии, медицине и точном производстве.

Все эти технологии расширяют возможности 3D-печати с термопластиками, позволяя выбрать оптимальный метод в зависимости от требований к прочности, детализации и скорости производства.

Вывод

Термопластики стали основой 3D-печати, открывая возможности для создания прототипов, функциональных деталей и декоративных элементов. От начинающих PLA до нейлона и поликарбоната для промышленных задач – выбор материалов позволяет реализовать самые разнообразные проекты.

Современные технологии 3D-печати с термопластиками постоянно развиваются, улучшая качество печати и расширяя возможности применения. Это делает их одним из ключевых материалов в сфере аддитивного производства.

У вас есть дополнительные вопросы или нужна помощь с выбором материалов? Обращайтесь к Easy3DPrint — мы подберем оптимальный филамент и настройки для вашего 3D проекта!

Распространенные вопросы