3D-печать с наполнителями :: Металлургический портал SteelSite.ru

3D-печать с наполнителями

3D-печать уже прочно вошла в промышленное прототипирование и мелкосерийное производство. Однако обычные материалы — такие как PLA или ABS — часто не обеспечивают нужных механических характеристик: прочности, жёсткости, термостойкости. Именно поэтому всё большую популярность набирает печать армированными пластиками, в которых базовая матрица дополнена усилителями — углеволокном, стекловолокном или кевларом.

Что такое армированные пластики

Армированные филаменты — это композитные материалы, в которых к полимерной основе добавлены волокнистые наполнители. Они распределяются в структуре материала, придавая ему повышенные характеристики:

углеволокно (carbon fiber) — повышает жёсткость и прочность на изгиб, снижает вес;
стекловолокно (glass fiber) — добавляет устойчивость к ударным нагрузкам;
кевлар — улучшает износостойкость и сопротивление разрыву.

Чаще всего наполнители используются в сочетании с матрицами из PLA, PETG, нейлона, полиамида (PA) или высокотемпературных материалов — PEEK, PEI (Ultem), PPSU.

Принцип действия наполнителей

Наполнители работают по тому же принципу, что и в традиционных композитах (например, стеклопластик или карбон). Базовый полимер образует матрицу, а волокна принимают на себя часть механических нагрузок.

При равномерном распределении наполнителя в нити достигается:

увеличение прочности на изгиб и растяжение до 50–150% по сравнению с чистым полимером;
снижение теплового расширения (что улучшает точность размеров при печати);
повышение термостойкости;
уменьшение веса при сохранении прочности.

Чем выше процент наполнителя, тем выше характеристики, но и сложнее печать. Самые распространённые филаменты содержат от 10 до 30% армирующего материала.

Особенности 3D-печати армированными пластиками

Печать армированными филаментами имеет свои нюансы:

Повышенный износ сопла

Наполнители (особенно углеволокно и стекловолокно) — абразивные. Обычные латунные сопла быстро изнашиваются. Рекомендуется использовать сопла из закалённой стали, стали с покрытием или сапфира.

Температура печати

Армированные филаменты требуют более высокой температуры экструдера — обычно от 230 до 300 °C, в зависимости от полимера.

Адгезия к столу

Некоторые материалы (например, нейлон) требуют специализированных поверхностей или клеевых составов для надёжного прилипания.

Усадка и деформация

Благодаря волокнам усадка уменьшается, но при печати крупногабаритных объектов необходим нагреваемый стол и желательно закрытая камера.

Подача нити

Армированные нити менее гибкие и могут ломаться в боуден-трубках. Лучше использовать директ-драйв экструдер. Подробнее.

Применение армированных материалов

Благодаря своим свойствам, армированные полимерные материалы находят применение в:

авиамоделизме и автоспорте — для создания лёгких и прочных корпусов, обтекателей, кронштейнов;
инженерных прототипах — функциональные детали, рычаги, фиксаторы, крепления;
механических узлах — зубчатые колёса, втулки, направляющие;
индустриальном производстве — приспособления, шаблоны, инструментальная оснастка;
дизайне и архитектуре — детали, где важны жёсткость и внешний вид.

3D-печать армированными полимерами — это шаг к настоящему функциональному производству. Такие материалы позволяют изготавливать детали, которые не только выглядят как прототипы, но и работают как настоящие изделия. При грамотной настройке и правильном подборе оборудования можно печатать прочные, стабильные, лёгкие конструкции, пригодные для эксплуатации в реальных условиях. Армированные филаменты становятся отличной альтернативой металлу и композитам в инженерных задачах малого и среднего масштаба.