3D-tulostusmateriaalit 3D-järjestelmät VisiJet Armor M2G visualisoituna 3D-tulostetuilla nelikopterikehyksillä.

Opas yleisimpiin 3D-tulostusmateriaaleihin

3D-tulostusmateriaalien määrä on kasvanut voimakkaasti viimeisen vuosikymmenen aikana. Valittavana on nyt lukuisia erilaisia teollisuuslaatuisia materiaaleja. Monet näistä on kehitetty lisäävään valmistukseen, mutta myös prototyyppien valmistukseen ja testaukseen. Tässä ovat suosituimmat 3D-tulostusmateriaalit, jotka selitetään sinulle.

PLA: ta käytetään enimmäkseen 3D-tulostettuihin prototyyppeihin

PLA, lyhenne sanoista Polylactic Acid, on katkottua 3D-tulostusmateriaalien maailmassa ja yksi yleisimmin käytetyistä materiaaleista. Materiaali on peräisin maissista ja sokeriruo’osta ja on siten biohajoavaa.

PLA 3D-tulostusmateriaalina on yleensä filamenttipohjainen, mikä tarkoittaa, että se on kuin kelalle rullattu lanka. Näitä keloja käytetään suulakepuristuspohjaisissa 3D-tulostimissa, kuten Markforged Mark Two.

PLA on erinomainen valinta ensimmäiseksi materiaaliksi, kun aloitat 3D-tulostuksen. Se soveltuu myös nopeisiin iteraatioihin tuotesuunnittelussa, koska se on edullinen ja helppo tulostaa. Materiaali voidaan tulostaa myös matalassa lämpötilassa.

Polypropeeni – hyvä 3D-tulostettuihin kevyisiin osiin

Polypropeeni tai lyhyesti PP on puolijäykkä ja kevyt materiaali. Materiaali on kovaa ja sillä on hyvä väsymiskestävyys, joten se on ihanteellinen matalan lujuuden sovelluksiin, kuten eläviin saranoihin, hihnoihin, hihnoihin jne. Muutamat valmistajat ovat jopa luoneet polypropeeniseoksia, joilla on parannettu sitkeys, mikä tekee siitä sopivan käytännön käyttöön. PP on myös yksi yleisimmin käytetyistä ruiskuvaletuista materiaaleista maailmassa.

3D-tulostuksessa polypropeenia käytetään yleisesti sovelluksissa, jotka vaativat erinomaista kemiallista kestävyyttä yhdistettynä suureen joustavuuteen ja iskunkestävyyteen. Kaupallisten muovien joukossa PP: llä on erittäin alhainen tiheys, mikä mahdollistaa kevyiden osien valmistuksen. Autoteollisuus, kulutustavarat, teollisuus ja lääketiede ovat avainaloja, jotka käyttävät jo voimakkaasti polypropeenia.

Yksi monista 3D-tulostinratkaisuista, jotka voivat tulostaa PP: llä, on HP MJF 5200.

Polyamidi yksi suosituimmista 3D-tulostusmateriaaleista

Polyamidi on yksi suosituimmista 3D-tulostusmateriaaleista ja sillä on useita etuja. Hintataso on kohtuullinen ja sitä voidaan käyttää osien kytkemiseen ja lukitsemiseen. Polyamidilla painetut osat voidaan viimeistellä eri tavoin, kuten värjäämällä ja höyrystämällä.

3D-tulostuksessa polyamidia käytetään usein PA11:nä tai PA12:na. PA11 tuottaa vahvoja joustavia osia erinomaisella pinnan viimeistelyllä ja yksityiskohdilla. Se on vetolujuus, kestävä, erittäin iskunkestävä ja sillä on suuri venymä murtuessa. Nämä ominaisuudet tekevät PA11:stä erinomaisen valinnan pikakiinnitteisille muoviosille ja suurta joustavuutta vaativille osille, kuten proteeseille, ortooseille pohjallisille, urheiluvälineille,  eläville saranoille ja muille.

PA 12 on yksi yleisimmistä teollisessa 3D-tulostuksessa käytetyistä muoveista, koska siinä yhdistyvät erinomaiset materiaaliominaisuudet, hienot yksityiskohdat ja alhaiset kustannukset. Tämä monipuolinen muovi on joustavaa, erittäin iskunkestävää, UV- ja vedenkestävää ja sertifioitua bioyhteensopivaa. Nämä ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen monenlaisiin käyttötarkoituksiin eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien autoteollisuus, terveydenhuolto, kulutustavarat ja ilmailu. Tämä materiaali on ihanteellinen nopeaan prototyyppien valmistukseen ja matalan ja keskitason valmistukseen.

PLM Groupilla on yksi 3D-tulostinratkaisu, joka voi tulostaa polyamidilla, ja se on HP MJF 5200.

3D print material TPU demonstrated by hand twisting a flexible 3d printed part printed with the material Smooth TPU 95 from Markforged.

TPU mahdollistaa joustavat 3D-tulostetut osat

Termoplastinen polyuretaani, TPU, on joustava, kulutusta kestävä kestomuovi. Sitä käytetään erilaisissa valmistusprosesseissa sekä kuluttaja- että teollisuuskäyttöön. Tietyissä seoksissa siitä voi tulla erittäin pehmeää, mutta TPU-materiaali tarjoaa monia etuja ja ominaisuuksia. 3D-tulostetut osat, joissa on TPU, ovat kestäviä ja kestävät jopa 80 celsiusasteen ympäristön lämpötiloja.

Materiaali kestää iskuja ja kestää monia kemikaaleja. Se on monipuolinen ja sitä käytetään monilla eri toimialoilla. TPU-materiaalista on erilaisia versioita, mutta pääasiassa se voidaan luokitella kahteen tyyppiin. Ensimmäinen on polyeetteripolyuretaani ja toinen polyesteripolyuretaani. Molemmilla on erilaiset ominaisuudet, jotka voidaan sovittaa tiettyyn tarpeeseen.

PLM Groupin 3D-tulostinvalikoimassa on kaksi 3D-tulostinmerkkiä, jotka voivat tulostaa TPU:lla. Ensinnäkin Markforged FDM 3D -tulostimet Mark Two, Onyx Pro ja Industrial -sarja. Toiseksi voit tulostaa myös TPU: lla HP MJF 5200: ssa.

ULTEM – 3D-tulostusmateriaali korkean lämpötilan teollisuusosille

ULTEM tai polyeetteri-imidi (PEI) on korkean suorituskyvyn polymeeri, joka on amorfinen. Se tarjoaa erinomaiset lämpöominaisuudet, korkean mittavakauden, äärimmäisen palonestokyvyn ja erinomaisen kestävyyden monille kemikaaleille.

Materiaali on suosittu ilmailu-, auto- ja lääketeollisuudessa. Sitä käytetään näillä teollisuudenaloilla, koska se pystyy käsittelemään vaativia sovelluksia tavalla, jota muut kestomuovit eivät pysty käsittelemään. Esimerkiksi ylivoimaisille tuotteille, joissa sovellukset vaativat tiettyä mekaanista suorituskykyä ja palonestokykyä.

ULTEMia voidaan käyttää 3D-tulostimessa Markforged FX20.

Komposiitti 3D-tulostusmateriaalit lisäävät mekaanisia ominaisuuksia

Komposiittimateriaalit koostuvat useammasta kuin yhdestä materiaalista. Usein muovimateriaali yhdistetään uusien ominaisuuksien saamiseksi. Tämä voi olla lujuus, väsymys tai pinnan viimeistely. Teknisestä näkökulmasta komposiitit sisältävät yleensä lujitekuituja. Hiilikuitu, lasikuitu ja Kevlar ovat kolme yleisintä komposiiteissa käytettyä kuitumateriaalia. Niitä ei melkein koskaan käytetä yksinään, vaan ne on kudottu levyiksi, kääritty tankoihin tai muodostettu räätälöityihin valettuihin muotoihin matriisimateriaalin avulla kuitujen kovettamiseksi optimoituun muotoon. Kun monet kuidut on sidottu yhteen suurempien osien luomiseksi, voimat voivat jakaa ja hajottaa kuormia kaikkien kuitujen pituuksille.

Hiilikuidulla on yksi korkeimmista lujuus-painosuhteista. Tämä tekee siitä erittäin arvokkaan kevyiden, vahvojen osien luomisessa. Kuidut koostuvat hiiliatomeista. Atomien kiderakenne on kohdistettu säikeisiin, mikä tekee säikeistä uskomattoman vahvoja jännityksessä. Perinteisesti lämpökovettuvia hartseja käytetään sideaineena näiden kuitujen asettamiseksi määrättyyn muotoon, joka kovetetaan matriisimateriaalin, kuten vaahdon, ympärille. 3D-tulostuksen yhteydessä kuitu voi olla kahdessa eri muodossa:

Hienonnetut kuidut ovat lyhytpituisia kuituja, jotka on hienonnettu alle millimetrin pituisiksi segmenteiksi. Nämä sekoitetaan perinteisiin kestomuoveihin niin kutsutun täytetyn muovin muodostamiseksi. Nämä voidaan tulostaa FDM-tulostusprosessilla.

Jatkuvat kuidut vaativat hieman erilaisen 3D-tulostusmenetelmän, jossa jatkuvat kuitusäikeet päällystetään kovetusaineella ja asetetaan termoplastiseksi matriisiksi, joka puristetaan toissijaisen tulostussuuttimen kautta. Tätä prosessia kutsutaan jatkuvaksi kuituvalmistukseksi (CFF).

PLM Groupilla on tällä hetkellä neljä 3D-tulostinmallia, jotka tulostavat komposiiteilla; Markforged Onyx Pro, Markforged Mark Two, Markforged Industrial -sarja ja Markforged FX20.

Manifold 3D printed in 3D Systems Tough Clear transparent 3D print material.

DLP- ja SLA 3D -tulostuksessa käytetyt hartsit

3D-tulostushartsit ovat nestemäisiä fotopolymeerejä, joita käytetään pääasiassa tekniikoissa, kuten stereolitografia (SLA) ja digitaalinen valonkäsittely, DLP. Fotopolymeerit ovat valoherkkiä hartseja, jotka muuttavat fysikaalisia tai kemiallisia ominaisuuksiaan altistuessaan valonlähteelle, kuten UV: lle.

Fotopolymeerit ovat lämpökovettuvia. Tämä tarkoittaa, että kun materiaali on kovettunut UV-valolla, sitä ei voida sulattaa tai lämmittää uudelleen. PLM Groupissa 3D Systemsin Figure 4 3D-tulostinalusta käyttää hartseja.
 
Hartsit pystyvät luomaan esineitä, joilla on suurempi resoluutio ja tasaisempi pinnan viimeistely kuin monilla muilla 3D-tulostustekniikoilla. Saatavilla on useita värejä ja ominaisuuksia, joten 3D-tulostetut hartsit soveltuvat täydellisesti erilaisiin sovelluksiin, mukaan lukien visuaaliset ja toiminnalliset prototyypit, loppukäyttöosat, lääkinnälliset laitteet ja korujen valukuviot.

Alla on luettelo yleisimmistä hartsityypeistä.

Standardi

Vakiohartsit tarjoavat erittäin tarkat ominaisuudet ja sileän pinnan viimeistelyn. Käytetään pääasiassa prototyyppien valmistukseen.

Jäykkä

Jäykkä hartsi on pitkäikäinen materiaali, joka kestää hyvin muodonmuutoksia ajan myötä. Se sopii erinomaisesti ohuiden seinien ja ominaisuuksien tulostamiseen. Se tarjoaa korkean jäykkyyden ja korkealaatuisen pinnan viimeistelyn. Sitä käytetään usein jigeissä ja kiinnikkeissä, prototyyppien valmistuksessa ja sähkökoteloissa.

Kestävä/kova

Kestävät tai sitkeät hartsit simuloivat ABS- ja PP-kestomuovien ominaisuuksia, mikä mahdollistaa suuremman lujuuden, sitkeyden ja kestävyyden kuin tavalliset hartsit. ABS:n ja PP:n kaltaiset hartsit soveltuvat toiminnallisiin prototyyppeihin, kuluttajatuotteisiin ja yleensä vähäkitkaisiin ja vähän kuluviin mekaanisiin osiin.

Läpinäkyvä

Läpinäkyvät hartsit tarjoavat pitkäaikaisen vakauden ja monipuolisen yhdistelmän mekaanisia ominaisuuksia toiminnallisia prototyyppi- tai loppukäyttöosia varten. Se tarjoaa korkean valonläpäisyn, joka voidaan tehdä täysin läpinäkyväksi jälkikäsittelyllä. 

Kirkkaiden komponenttien 3D-tulostus on kustannustehokas valmistusprosessi tuotekehitykselle. Voit saada näkyvyyden monimutkaisten kokoonpanojen toimintaan, tarkkailla kaasu- tai nestevirtoja ja vähentää tuotesuunnittelusyklejä.

3D-tulostimen 3D-järjestelmät Kuva 4 voi 3D-tulostaa läpinäkyvällä materiaalilla Tough Clear.

Taipuisa

Joustavat hartsit voivat 3D-tulostaa joustavia osia kumimaisella tuntumalla. Kumimainen hartsi voidaan puristaa ja taivuttaa, joten se on hyvä valinta puristettaviin malleihin, puettavien prototyyppien valmistukseen, kahvoihin ja kahvoihin.

Korkea lämpötila

Tämäntyyppinen hartsi antaa korkean lämmönkestävyyden ja jäykkyyden. Lämpöominaisuuksiensa ansiosta korkean lämpötilan hartseista voidaan valmistaa työkaluja lyhytaikaiseen ruiskuvaluun ja lämpömuovaukseen sekä erilaisia jigejä ja kiinnikkeitä.

Castable

Castable-hartsi on kustannustehokas valinta yksityiskohtaisten kuvioiden valmistukseen investointi- tai koruvalua varten. Investointivaluprosessin aikana vahakuvion ympärille tehdään keraaminen muotti. Kun muotti on jähmettynyt, muottiin kaadetaan sulaa metallia. Tämä luo lopullisen metalliosan, kun vaha poltetaan pois.