Материалы для 3д принтера какие бывают

Выбор материала для 3D печати

3D-печать – технология, популярность которой растет стремительными темпами. Высокоточные модели, отпечатанные на 3D-принтерах, нашли применение во многих сферах жизни: архитектуре и дизайне, медицине (в частности стоматологии), производстве электроники, ювелирном деле, различных отраслях промышленности. Причины популярности 3D-печати очевидны: дизайнеры и инженеры все чаще используют в своей работе такие технологии по причине высокой точности, скорости и доступности. Еще одно преимущество – по-настоящему широкий выбор материалов, которые могут использоваться для печати на 3D-принтере. Сегодня мы расскажем о том, какими материалами можно печатать на 3D-принтере, и где применяются такие решения.
Популярные материалы для 3D-печати Если вы рассматриваете в качестве идеи для вашего очередного проекта 3D-печать, советуем присмотреться к следующим материалам.

• Пластик. Пожалуй, самый востребованный материал, который сегодня используется в 3D-печатной индустрии. Существует большое количество разных видов пластика, отличающихся по прочности, гибкости, экологичности, сферам применения. Модели, отпечатанные из высококачественного пластика для 3D-принтера, отличаются высокой точностью и исключительной детализацией. Еще один плюс пластика как печатного материала – в том, что он представлен в богатой палитре цветовых решений.
• Акрил. Практически идеальное решение для изготовления прозрачных изделий. Применяется для работы как с жесткими, так и с гибкими формами. Подходит для печати самых разных изделий, от сувениров до стоматологических форм.
• Нейлон. Материал, который традиционно применяют для печати гибких деталей. Благодаря своим физико-химическим свойствам, позволяет создавать модели с высокой степенью детализации и отличным качеством поверхности.
• Фотополимерная смола. Большой ассортимент таких печатных материалов позволяет получать готовые изделия с разными показателями гибкости и жесткости. Фотополимерные смолы востребованы в таких популярных технологиях, как лазерная стереолитография (SLA), прямая УФ-засветка (LCD) и цифровая обработка света (DLP) .
• Металл. 3D-печать металлом – еще один тренд, уже взятый на вооружение многими отраслями. На рынке оборудования для 3D-печати можно найти принтеры, способные печатать металлонаполненными материалами с дальнейшей очисткой и спеканием, а также металлическим порошком из меди, алюминия, всевозможных сплавов и драгоценных металлов (в том числе золота и серебра).

Разумеется, это далеко не полный список. В частности, в рейтингах популярных материалов для 3D-печати можно встретить бумагу, полипропилен, керамику, глину, известковые порошки, дерево и даже «экзотические» материалы вроде льда, шоколада и живых органических клеток.

Виды пластика для 3D принтера. Плюсы и минусы, советы по выбору

С каждым годом 3D печать становится более популярна и доступна. Раньше 3D принтер был больше похож на сложный ЧПУ станок, но теперь производители идут на встречу пользователям. Упрощаются и автоматизируются настройки, которые многих новичков вгоняли в ступор. Несмотря на это, начинающему пользователю бывает сложно разобраться в многообразии постоянно появляющихся пластиков для 3D принтера. Выбрать пластик для 3D принтера очень важно, особенно когда стоит цель напечатать функциональную модель с определенными свойствами. Будет обидно, если напечатанная шестерёнка сломается почти сразу, или декоративная модель быстро потеряет свою красоту. Важно понимать, сможет ли принтер работать с выбранным пластиком. Некоторые материалы (чаще всего инженерные) требуют определенных условий для удачной печати. Для начала определитесь, какую модель нужно напечатать. Какие свойства у нее должны быть? Модель должна быть прочной? Или это мастер модель для дальнейшего тиражирования, в которой важно качество поверхности?

В 90% 3D принтеров используется пластиковая нить диаметром 1.75. Диаметр 3мм встречается редко, но лучше заранее уточнить, какой размер используется в вашем принтере.

PLA

• Не дает усадки. Благодаря этому можно легко изготавливать сборные или огромные модели без изменения размеров.
• Нет специфических требований к 3D принтеру. Подойдет любой исправный 3D принтер. PLA не нужен подогреваемый стол или закрытый корпус.
• Нетоксичен. Благодаря этому во время печати не пахнет или имеет еле уловимый аромат жженой карамели.
• Разнообразная палитра цветов.

• PLA плохо шлифуется и механически обрабатывается.
• Начинает деформироваться уже при небольшом нагреве (около 50 градусов).
• Хрупкость. По сравнению с другими материалами, PLA очень хрупкий и легко ломается.
• Разрушается под воздействием ультрафиолета. В труху он конечно не развалится, но может стать более хрупким и выцвести.

PLA отлично подойдет для изготовления габаритных или составных моделей. Например декоративные предметы интерьера, макетирование, корпуса для электроники и т.д.

Недавно в продаже появился PLA+. Он может отличаться от обычного PLA улучшенными характеристиками. Например более прочный, с улучшенной адгезией слоев.

Макет турбины

Декоративные подставки

ABS

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) – это второй по популярности пластик для 3D печати, благодаря своим свойствам, доступности и небольшой цене.

Температура экструдера — 220-240 градусов. Температура стола 80-100 градусов. Для печати необходим подогреваемый стол у принтера. Желательно наличие закрытой камеры, потому что ABS «не любит» сквозняки. Из-за резкого перепада температур он может «отклеиться» от стола или треснуть по слоям. ABS при печати может неприятно пахнуть поэтому рекомендуется использовать принтер с закрытой камерой и фильтрами или печатать в хорошо проветриваемом помещении.

• Хорошие прочностные характеристики позволяют изготавливать из ABS функциональные прототипы.
• Простая механическая и химическая обработка. ABS легко шкурится и сверлится, а при помощи ацетоновой бани можно добиться идеально гладкой поверхности.
• На сегодняшний момент это самый недорогой вид пластика для 3D печати.
• Большой выбор цветов и оттенков.

• Высокая усадка. Из-за этого может быть проблематично изготовление габаритных изделий.
• Для печати требуется подогреваемый стол и закрытая камера. Без этого ABS может отклеиваться от стола или трескаться по слоям.
• В процессе печати ABS может неприятно пахнуть. Поэтому рекомендуется печатать в проветриваемых помещениях или использовать принтер с закрытой камерой и фильтром.

ABS – можно считать инженерным пластиком. Он подойдет для изготовления несложных функциональных изделий.

ABS после химической обработки в ацетоновой бане

РУ модель из ABS

ABS+ отличается от обычного ABS улучшенными прочностными характеристиками (упругость, жесткость, твердость), меньшей усадкой и иногда устойчивостью к некоторым маслам и растворителям (например бензин).

HIPS

HIPS (ударопрочный полистирол) – изначально задумывался как пластик растворимой поддержки для материалов с высокой температурой печати. Например для ABS или Нейлона.

Температура экструдера – 230-260 градусов. Температура стола – 80-100 градусов. Желательно наличие закрытой камеры у 3D принтера.

• Меньшая усадка чем у ABS.
• Простота механической обработки.
• Матовая поверхность очень выигрышно смотрится на декоративных изделиях.
• Разрешен контакт с пищевыми продуктами (но стоит обязательно уточнить наличие сертификатов у конкретного производителя)

• Для печати нужен принтер с подогреваемым столом и закрытой камерой.
• Более гибкий и менее прочный чем ABS. Из-за этого не получится изготавливать функциональные изделия.
• Маленькая палитра цветов.

Чаще всего HIPS используется по назначению для печати на 2х экструдерных принтерах в качестве поддержки для ABS. Он отлично (хоть и не очень быстро) растворяется в лимонеле.

Иногда HIPS используют в качестве самостоятельного материала. Изделия из него получаются не очень прочные, но этот пластик любят за лёгкую постобработку. HIPS можно использовать для моделей которые впоследствии будут контактировать с пищевыми продуктами (не горячими).

Использование HIPS в качестве растворимой поддержки

Декоративная ваза из HIPS

PVA

PVA (поливиниловый спирт) – это материал который разрабатывался как водорастворимая поддержка для PLA.

Температура экструдера – 190-210. Подогрев стола не требуется. PVA — немного “капризный” материал, его не рекомендуется перегревать и печатать на высоких скоростях.

PVA очень гигроскопичен и растворяется обычной водой. Поэтому он используется только в качестве поддержки для PLA или других пластиков имеющих близкую температуру печати к PVA.

Растворимая поддержка из PVA

Материалы для 3D-печати

Сегодня существует множество различных материалов для 3D‑печати. Они обладают разными свойствами и характеристиками, себестоимостью, точностью построения, областями применения. Мы разбили материалы для 3D-печати по категориям.

Пластик

Под пластиком в 3D-печати понимают широкий спектр полимерных материалов.

Главные характеристики: прочность и износостойкость.

• прототипы для функционального тестирования;
• прототипы для визуальной оценки (концептуальное моделирование);
• образцы для проверки собираемости;
• корпуса для приборов, части сборных конструкций;
• детали для ремонта;
• готовые к эксплуатации изделия.

Пластик

Под пластиком в 3D-печати понимают широкий спектр полимерных материалов.

Главные характеристики: прочность и износостойкость.

• прототипы для функционального тестирования;
• прототипы для визуальной оценки (концептуальное моделирование);
• образцы для проверки собираемости;
• корпуса для приборов, части сборных конструкций;
• детали для ремонта;
• готовые к эксплуатации изделия.

Фотополимерные материалы

Фотополимерные материалы в процессе 3D-печати отверждаются под действием УФ-излучения или лазера. Существует большой выбор подобных материалов с различными физическими свойствами.

Главные характеристики: высокая точность и качество поверхности.

• прототипы для визуальной оценки;
• выжигаемые мастер-модели для высокоточного литья;
• мастер-модели для литья в силикон;
• пресс-формы для мелкосерийного литья под давлением;
• готовые к эксплуатации изделия.

Фотополимерные материалы

Фотополимерные материалы в процессе 3D-печати отверждаются под действием УФ-излучения или лазера. Существует большой выбор подобных материалов с различными физическими свойствами.

Главные характеристики: высокая точность и качество поверхности.

• прототипы для визуальной оценки;
• выжигаемые мастер-модели для высокоточного литья;
• мастер-модели для литья в силикон;
• пресс-формы для мелкосерийного литья под давлением;
• готовые к эксплуатации изделия.

От воска до металла: обзор основных материалов для 3D-печати

Основные материалы для профессиональной и промышленной 3D-печати – это пластики в виде нитей/гранул или порошка, фотополимерные смолы, металлические порошки, воск и гипс. Обладая исключительно высокими качественными характеристиками, они с успехом используются в различных отраслях для прототипирования и изготовления функциональных деталей, и с развитием аддитивного производства их становится все больше.

Остановимся подробнее на каждом из материалов, применяемых в следующих технологиях:

1. Моделирование методом послойного наплавления полимерной нити или гранул (FDM);
2. селективное лазерное спекание пластиков (SLS);
3. стереолитография с использованием фотополимеров (SLA/DLP/LCD);
4. селективное лазерное плавление металлов (SLM);
5. послойное склеивание композитного порошка связующим веществом (Binder Jetting);
6. многоструйная 3D-печать воском или фотополимером (MJP);
7. полноцветная печать гипсом (CJP).

Пластик

Пластик – один их самых востребованных расходных материалов для аддитивного производства. Ассортимент термопластиков и композитов, предназначенных для FDM-печати, исключительно разнообразен и позволяет выбрать, исходя из поставленных задач, наиболее подходящие по физико-механическим свойствам материалы.

В этом разделе мы рассматриваем расходные материалы FDM-принтеров. Это так называемые филаменты – пластики в виде нитей, намотанных на катушки. Иногда они выпускаются в виде гранул.

FDM-технология лежит в основе не только домашних, но и профессиональных и промышленных 3D-принтеров, поэтому пластики активно используются на производстве, для изготовления прототипов и функциональных изделий в таких отраслях, как автомобилестроение, авиационная промышленность, бытовые товары, электроника, архитектура, медицина, наука и образование.

• широкий диапазон применений;
• разнообразие цветов и фактур материала;
• легкость механической обработки;
• удобство в использовании;
• гибкая структура материала;
• возможность печати крупных цельных изделий;
• относительно невысокая стоимость.

Основные виды пластиков

ABS-пластик. Обладает множеством положительных характеристик, включая повышенную ударопрочность при высокой эластичности и мягкости материала, а также простую механическую обработку. Высокая растворимость в ацетоне позволяет легко склеивать детали и сглаживать внешние поверхности изделий. Обычно ABS-пластик непрозрачен, но при необходимости легко окрашивается в любые цвета. Конечные изделия без окрашивания чувствительны к воздействию ультрафиолета и наделены невысокими электроизоляционными свойствами.

PLA-пластик. Имеет одни из самых низких температурных требований к 3D-принтеру. Ключевые составляющие PLA-пластика – это сахарный тростник и кукуруза, а в основе материала лежит молочная кислота. Регулируя ее уровень при производстве, можно получить различные свойства полимера, тем самым расширяя области его использования. Изделия из PLA-пластика обладают ровной и скользящей поверхностью. Материал нетоксичен, благодаря чему широко применяется для производства различных игрушек и сувениров. Имеет лишь один недостаток – недолговечность эксплуатации. Готовое изделие из пластика может прослужить до нескольких лет при минимальном использовании и температуре до +50 градусов.

PETG / PET / PETT-пластик. PET, или полиэтилентерефталат, – наиболее распространенный вид пластика. Для 3D-печати «чистый» PET используют редко, применяя в основном его разновидность – PETG. PETG более долговечен и обладает гораздо меньшей температурой переработки. Еще одной версией PET является PETT – более жесткий и достаточно популярный материал за счет своей прозрачности.

PC-пластик (поликарбонат). Обладает высокой прочностью и износостойкостью, а также повышенным сопротивлением физическим воздействиям и термостойкостью. Выдерживает температуру до 110°C. Материал прозрачный, гибкий, легко гнется и не деформируется. Отлично подходит для использования в автомобилестроении, медицине и приборостроении.

Полиамид и полистирол

Полиамид доступен в виде как нити (гранул), так и порошка, спекаемого лазером. Список полиамидов обширен и включает в себя как самые простые пластики, так и специальные материалы, среди которых в 3D-печати используются:

• стеклонаполненные полиамиды, улучшающие физические свойства напечатанной модели;
• угленаполненные полиамиды, которые позволяют уменьшить вес конструкции, сохраняя при этом физико-механические свойства изделия;
• металлонаполненные полиамиды, необходимые в качестве барьерных материалов, например, при экранировании радиации.

Этот вид материалов для трехмерной печати задействован в таких областях, как машиностроение, аэрокосмическая отрасль, производство потребительских товаров и дизайн.

Полиамиды используются для изготовления конечных изделий, функционального тестирования и мелкосерийного производства, обеспечивая стабильную производительность и повторяемость изделий. Они дают возможность создавать конечные изделия с уникальными свойствами за один производственный цикл без последующей логистики и сборки компонентов.

Технологии печати, в которых применяются полиамиды, – FDM и SLS.

Еще один порошковый материал, используемый в 3D-печати по технологии SLS, – полистирол. Он представляет собой узкоспециализированное решение для промышленного литья и служит для создания форм и моделей с максимально качественной поверхностью. Этот материал дает возможность печатать изделия с разной геометрией на единой платформе, а выращенная из полистирола модель выжигается с минимальной зольностью.

Оборудование в каталоге iQB Technologies: ProtoFab, Sharebot
Материалы в каталоге iQB Technologies: Sharebot

Фотополимеры

Фотополимерная смола – один из самых перспективных и активно использующихся в аддитивном производстве материалов. Ее главное преимущество – универсальность. Под воздействием ультрафиолетового света или лазера фотополимеры, изначально находящиеся в жидком состоянии, затвердевают и могут приобретать совершенно разные механические свойства и характеристики.

Жесткие, эластичные, ударопрочные термопластики, прозрачные, полупрозрачные или разноцветные материалы – учитывая такое разнообразие, сферы применения изделий из фотополимеров практически безграничны.

• Качество. Изделия из фотополимерной смолы получаются гладкие и детализированные.
• Точность. Напечатанные на фотополимерном 3D-принтере объекты сложной геометрии могут иметь очень тонкие части – до 0,025 мм на 25,4 мм детали.
• Стабильность. Готовые модели и прототипы отличаются превосходными физическими и механическими свойствами.
• Легкая обработка. Фотополимерные модели легко склеиваются, шлифуются, красятся и т.д. – с ними можно делать буквально всё что угодно.

Благодаря всем этим качествам предприятия авиационной, автомобильной, ювелирной промышленности, оборонного комплекса, машиностроения и других отраслей по достоинству оценили 3D-печать с использованием фотополимеров. Прототипы деталей самолетов, новых разработок двигателей – всё это изготавливается быстро и просто, в зависимости от поставленных задач, по технологиям стереолитографии (SLA/DLP/LCD) или многоструйной печати (MJP). Свойства и качество напечатанных изделий, а также нюансы процесса печати зависят от особенностей каждого из вышеупомянутых аддитивных методов.

Оборудование в каталоге iQB Technologies: ProtoFab, RAYSHAPE, Wiiboox, Sharebot
Материалы в каталоге iQB Technologies: ProtoFab и Sharebot

Металлические сплавы

Металл для аддитивных установок выпускается в виде мелкодисперсных сферических гранул с величиной зерна от 4 до 80 микрон. Применяемая технология заключается в сплавлении металлических порошков при помощи иттербиевого лазера и носит название селективного лазерного плавления (SLM).

Сегодня доступно около 20 материалов из металла, и их число будет расти. Это не только стандартные сплавы, но и уникальные высокотехнологичные материалы, которые предприятие может заказать для решения конкретных задач.

Из металлических порошков изготавливаются функциональные детали и технические прототипы, штампы, прессовые вставки, элементы пресс-форм для литья и другие изделия. Напечатанная на металлических 3D-принтерах продукция находит применение в аэрокосмической, нефтегазовой, автомобильной, пищевой промышленности, машиностроении, электронике, медицине.

Виды сплавов, используемых в 3D-печати:

• нержавеющие (17-4PH, AISI 410, AISI 304L, AISI 316L, AISI 904L);
• инструментальные (1.2343, 1.2367, 1.2709);
• никелевые (Inconel 625, Inconel 718);
• цветных металлов (CuSn6);
• кобальт-хром (CoCr);
• алюминиевые (AlSi12);
• титановые (Ti6Al4V, Ti6Al4V).

Главное преимущество селективного лазерного плавления – это возможность создавать изделия исключительно высокой плотности и точности. Плотность напечатанных деталей в 1,5 раза выше, чем при литье. Кроме того, из металлических порошков можно вырастить мельчайшие детали сложных форм и фактур. 3D-печать металлами позволяет сократить цикл изготовления и уменьшить производственные расходы.

Материалы в каталоге iQB Technologies: SLM Solutions

Воск

Это незаменимый материал для создания высокоточных выплавляемых моделей. Основные отрасли применения 3D-печати воском – ювелирное дело и литейное производство.

Раньше создание восковок и мастер-моделей было трудоемкой задачей, решение которой включало несколько этапов. С появлением восковых 3D-принтеров эта технология постепенно уходит в прошлое.

Воск идеально подходит для печати в ювелирной отрасли благодаря своим свойствам – хорошей выплавляемости (при t от 60°С) и легкости в постобработке. Еще один плюс восковой 3D-печати заключается в том, что стандартными методами производства вы при всем желании не сможете изготовить два совершенно идентичных образца. А 3D-принтеру такая возможность доступна.

Пожалуй, единственный недостаток воска – его хрупкость. При создании мастер-моделей сложных форм с тонкими стенками постобработку следует выполнять аккуратно.

Восковые мастер-модели отличаются точностью и высоким качеством поверхности. 3D-печать воском основана на технологии многоструйной печати (MultiJet Printing, MJP).

Оборудование в каталоге iQB Technologies: FlashForge WaxJet 400/410

Песок

Песок используется как расходный материал в 3D‑принтерах на основе технологии Binder Jetting. Основное назначение – создание высокоточных сложных форм для литья металлом. Выпускается в виде порошка, который в процессе печати послойно склеивается связующим агентом. Использование этого аддитивного метода для изготовления песчаных литейных форм дает сильное конкурентное преимущество компаниям различных отраслей, в том числе машиностроения и автомобильной промышленности.

К видам песка, применяемым в аддитивном производстве, относятся кварцевый, хромированный, керамический, циркониевый и др. Чаще всего для изготовления песчано-полимерных форм используют кварцевый песок. Связующим веществом при 3D‑печати является фурановая смола, поэтому песчаную форму не требуется запекать – она сразу готова к литью.

Используя BJ‑принтеры, предприятие сможет значительно сократить сроки и расходы на подготовку производства новых и серийных изделий и создавать сложные детали – как небольшие, так и крупногабаритные. Время, необходимое для изготовления форм и деталей, может быть сокращено на 75% по сравнению с традиционным производством, поскольку изделие можно отливать сразу после 3D‑печати формы.

Оборудование в каталоге iQB Technologies: Robotech

Гипс

Гипс – материал в виде порошка, который используется в аддитивном производстве для создания:

• сувенирной продукции;
• моделей для презентаций;
• архитектурных и конструкторских макетов;
• дизайнерских арт-объектов;
• прототипов деталей.

Преимущества гипса – в простоте, эффективности и универсальности его использования в 3D-печати для изготовления различных изделий. Материал распределяется по поверхности рабочего стола, сверху наносится клеящее средство, после чего снова наносится тонкий слой гипсового порошка. Напечатанные на 3D-принтере гипсовые изделия могут иметь любые цвета: белый, синий, красный, фиолетовый и т.д. Цветовой спектр в отдельных принтерах достигает 6 миллионов оттенков.

Гипсовая печать выполняется по технологии ColorJet Printing (CJP). Максимальный на сегодня размер камеры построения аддитивной установки – 508381229 мм (в профессиональном 3D-принтере ProJet 860 Pro компании 3D Systems). При этом изделия из гипса можно склеивать между собой, тем самым получая изделия гораздо большего размера, чем предусматривает камера построения.

Статья опубликована 03.11.2017 , обновлена 22.02.2024

Об авторе

Алексей Чехович Технической директор компании iQB Technologies. Девиз Алексея – «Доверяйте профессионалам!», и вы в полной мере можете положиться на его высокую квалификацию и уникальный опыт, который охватывает и традиционные методы производства, и . В его послужном списке множество успешных проектов, среди которых он особо выделяет изготовление модельной оснастки для отливки колоколов Храма Христа Спасителя. Хобби Алексея – история и археология.