Der Anwendungsbereich additiver Technologien ist breit: Auf einem Pol befinden sich „nur PLA“ -Desktopdrucker, für dekorative Anwendungen auf der anderen Seite direkte Metalldruckereien, zwischen denen sich Geräte und Materialien befinden. Um zu verstehen, welche Materialien erforderlich sind, um ein langlebiges und leichtes Teil zu erhalten, wechseln wir vom Personaldruck zum Industriedruck. PLA, ABS, SBS - Verbrauchsmaterialien, die allen Druckern bekannt sind. PETG, Nylon, Polycarbonat - eher exotisch. Dies sind jedoch weit entfernt von den schwerwiegendsten Materialien.
Wo werden Superplastiken benötigt?Kunststoffe mit hervorragenden Eigenschaften sind im Weltraum sehr nützlich. Nein, es ist noch nicht möglich, einen Raketentriebwerk aus Kunststoff zu drucken. Die thermische Stabilität ist nicht einmal annähernd gleich, aber ideal für verschiedene Teile in der Umgebung. Ein Beispiel ist Stratasys und die „Klimatisierung“ von Atlas V.-Raketen. 16 gedruckte Teile anstelle von 140 Metallteilen sind schneller, einfacher und billiger. Und dies ist kein theoretisches Projekt, es ist bereits in den Weltraum geflogen.
Ein weiteres Beispiel ist die Luftfahrt. Die Flughöhe ist geringer, aber die Anwendung ist massiver. Auch hier gibt es einen Grund, die Masse der Teile zu reduzieren und nach Möglichkeit auf Kunststoff umzusteigen. Es wird auch in der Flugzeugindustrie und im Direktdruck mit Metallen verwendet, wenn es um Triebwerkskomponenten oder Details des Rumpfrahmens geht, aber weniger belastete Strukturelemente wie Kabinenbelüftung und Innenelemente bestehen am besten aus Kunststoff. Diese Richtung wird beispielsweise von Airbus entwickelt.
Wir steigen vom Himmel zur Erde hinab: Hier ist die Masse nicht mehr so kritisch, andere Eigenschaften technischer Kunststoffe sind interessant. Beständigkeit gegen aggressive Chemie und erhöhte Temperatur, die Möglichkeit, Strukturen zu schaffen, die mit klassischen Methoden nicht zugänglich sind. Gleichzeitig - ein niedrigerer Preis im Vergleich zum Metalldruck. Druckprodukte werden in der Medizin, in der Öl- und Gasindustrie sowie in der chemischen Industrie eingesetzt. Als Beispiel dient ein Mischblock mit einer komplexen Kanalstruktur zur Veranschaulichung im Schnitt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen KunststoffenWarum nicht PLA ins All starten und ABS-Lüftungsschlitze herstellen? An technische Kunststoffe werden eine Reihe von Anforderungen gestellt, die sich auf die Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen, die Feuerbeständigkeit und die mechanische Festigkeit beziehen. In der Regel auf einmal. Daher ist es unerwünscht, bei der Interaktion mit der Umgebung, PLA oder perfekt brennendem ABS in den Himmel zu „schweben“.
Nun - wozu Kunststoffe im Industriedruck mit FDM / FFF-Technologie eingesetzt werden.
PolycarbonatfilamentePolycarbonat ist ein in der Industrie weit verbreiteter Kunststoff mit hoher Schlagfestigkeit und Transparenz, der auch für die Anforderungen des FDM-Drucks hergestellt wird. Das Material hält die Temperatur besser als ABS, ist säurebeständig, aber UV-empfindlich und wird durch Einwirkung von Erdölprodukten zerstört.
Reines Polycarbonat, PCDie maximale Betriebstemperatur für Polycarbonatprodukte beträgt 130 ° C. Polycarbonat ist biologisch inert, Produkte daraus halten der Sterilisation stand, so können Sie Verpackungen und Zubehör für die Medizin drucken.
ABS / PCDie Legierung aus Polycarbonat und ABS kombiniert die Abrieb- und Lackierfähigkeiten von ABS mit einer höheren Schlagfestigkeit und Betriebstemperatur. Erhält die Festigkeit bei niedrigen Temperaturen - bis zu -50 ° C. Im Gegensatz zu reinem PC ist es besser in Fällen anwendbar, in denen es erforderlich ist, die Schichtstruktur des Teils durch Schleifen oder Sandstrahlen zu beseitigen. Anwendung: Herstellung von Gehäusen und Steuerelementen für die Stück- und Kleinproduktion, Austausch von seriellen Kunststoffteilen in Geräten, für die keine Teile mehr hergestellt werden.
PolyamidfilamentePolyamide werden bei der Herstellung von synthetischen Fasern verwendet und sind ein beliebtes Material für den selektiven Lasersinterdruck (SLS). Zum Drucken mit FDM / FFF-Technologie werden hauptsächlich Polyamid-6 (Nylon), Polyamid-66 (Nylon) und Polyamid-12 verwendet. Gemeinsame Merkmale von Filamenten auf Polyamidbasis sind chemische Inertheit und Antifriktionseigenschaften. Polyamid-12 ist flexibler und belastbarer als PA6 und PA66. Betriebstemperatur - ca. 100 ° C, individuelle Modifikationen - bis 120.
Zunächst werden Zahnräder aus Polyamid gedruckt. Das beste Material für diesen Zweck, mit dem Sie mit einer geschlossenen Kamera auf einem normalen 3D-Drucker arbeiten können. Durch die Abriebfestigkeit können Sie Traktion, Nocken und Gleitbuchsen herstellen. In der Reihe vieler Hersteller gibt es Verbundfilamente auf Polyamidbasis mit noch größerer mechanischer Festigkeit.
Wir gehen zu den interessantesten überSie können mit Polycarbonat oder Polyamid auf einem normalen 3D-Drucker arbeiten. Die nachstehend beschriebenen Filamente sind komplizierter, sie erfordern andere Extruder und halten die Temperatur in der Arbeitskammer aufrecht, dh es werden spezielle Geräte zum Drucken mit Hochtemperaturkunststoffen benötigt. Es gibt Ausnahmen - zum Beispiel haben sie bei der NASA experimentell die beliebte Lulzbot TAZ in den USA für die Arbeit mit Hochtemperaturfilamenten modernisiert.
Polyetheretherketon, PEEKDie Arbeitstemperatur von PEEK-Produkten erreicht 250 ° C, eine kurzfristige Erwärmung auf 300 ist möglich - Indikatoren für verstärkte Filamente. PEEK hat zwei Nachteile: hoher Preis und moderate Schlagfestigkeit. Der Rest sind Pluspunkte. Kunststoff selbstverlöschend, hitzebeständig, chemisch inert. Medizinische Geräte und Implantate werden aus PEEK hergestellt. Die Abriebfestigkeit ermöglicht das Drucken von Details der Mechanismen.
Polyetherimid, PEIEr ist Ultem. Eine von SABIC entwickelte Kunststofffamilie. Die PEI-Merkmale sind bescheidener als die PEEK-Indikatoren, aber die Kosten sind viel niedriger. Ultem 1010 und 9085 sind Stratasys Kernmaterialien zum Drucken von Funktionsteilen. PEI ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie gefragt - die Masse ist im Vergleich zu Aluminiumlegierungen viel geringer. Die Arbeitstemperaturen der Produkte erreichen je nach Materialmodifikation laut Hersteller 217 ° C und nach den Ergebnissen der Stratasys-Tests 213 ° C.
PEI hat die gleichen Vorteile wie PEEK - chemische Beständigkeit und Temperaturbeständigkeit, mechanische Festigkeit. Dieses Material fördert Stratasys als teilweisen Ersatz für Metall in der Luft- und Raumfahrtindustrie, für Drohnen, die Herstellung von Werkzeugen für das Formen und den schnellen Druck von Funktionsteilen in der Pilotproduktion.
Komponenten des Atlas V-Raketenkühlsystems und Kunststoffteile für Airbus-Flugzeuge, die zu Beginn des Tests als Beispiel gezeigt wurden, bestehen aus Ultem 9085.
Polyphenylsulfon, PPSF / PPSUEin weiteres Material, das in seinen Eigenschaften Temperaturbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegen chemische Einflüsse kombiniert. Stratasys PPSF ist für Luft- und Raumfahrt sowie medizinische Anwendungen zertifiziert. Als Rohstoff für die Herstellung medizinischer Hilfsmittel positioniert, kann es in Dampfautoklaven sterilisiert werden. Es wird zur Herstellung von Teilen für Laboranlagen in der chemischen Industrie verwendet.
Polysulfon-NetzteilWeniger verbreitet im Vergleich zu PPSU, hat ähnliche physikalische Eigenschaften, chemisch inert, selbstverlöschend. Betriebstemperatur - 175 ° C, bis zu 33% günstiger als PPSU.
Vergleich der Filamenteigenschaften* Kalzinierung für 2 Stunden bei 140 ° C.
** Apium PEEK 450 natürliche Ergebnisse von Schlagprüfungen mit ähnlichen Methoden sind nicht verfügbar. Hitzebeständigkeit für ungefülltes PEEK angegeben.
Die Daten beziehen sich auf Stratasys-Filamente mit Ausnahme von PEEK. Wenn ein Wertebereich angegeben ist, wurden die Tests entlang und über die Schichten des Teils durchgeführt.
Über VerbundfilamenteDie meisten Materialien für den FDM-Druck haben Verbundversionen. Wenn wir über PLA sprechen, werden Pulver aus Metall oder Holz hinzugefügt, um die ästhetischen Eigenschaften zu ändern. Technische Filamente werden mit Kohlefaser verstärkt, um die Steifigkeit des Teils zu erhöhen. Die Wirkung solcher Additive auf die Eigenschaften von Kunststoff hängt nicht nur von ihrer Menge ab, sondern auch von der Größe der Fasern. Wenn feines Pulver als dekoratives Additiv angesehen werden kann, verändern die Fasern bereits die Eigenschaften von Kunststoff erheblich. Das Wort Kohlenstoff im Namen des Materials selbst bedeutet keine herausragenden Eigenschaften. Sie müssen sich die Testergebnisse ansehen. Zum Beispiel: Stratasys Nylon12CF hat beim Testen entlang der Schichten fast die doppelte Zugfestigkeit als Nylon12.
Eine exotische Option ist die Implementierung einer kontinuierlichen Verstärkung von Markforged. Das Unternehmen bietet
Verstärkungsfilamente für den gemeinsamen FDM-Druck mit anderen Kunststoffen an.
Andere spezifische EigenschaftenTechnische Kunststoffe sind nicht nur beständig gegen hohe Temperaturen und mechanische Festigkeit. Für Koffer oder Kartons zur Aufbewahrung elektronischer Geräte sowie unter Arbeitsbedingungen mit brennbaren flüchtigen Flüssigkeiten sind Materialien mit antistatischen Eigenschaften erforderlich. In der Stratasys-Linie ist dies beispielsweise ABS-ESD7.
Herkömmliches ABS ist nicht beständig gegen ultraviolette Strahlung, was seine Verwendung ohne Schutzbeschichtung im Freien einschränkt. Als Alternative wird ASS vorgeschlagen, dessen Eigenschaften bis auf das Vorhandensein von UV-Beständigkeit nahe an ABS liegen.
Ursprüngliche AlternativeKunststoff kann Metall in vielen Bereichen ersetzen, da er es in Bezug auf Leichtigkeit, Wärme und elektrische Isolierung sowie Reagenzienbeständigkeit übertrifft. Ausdrucke der besten FDM-Filamente entsprechen jedoch nicht den physikalischen Indikatoren für Metallprodukte.
Der chemische Riese BASF bietet das Ultrafuse 316LX FDM-Filament mit einem Massenanteil an Edelstahl von 80% an. Das Teil wird auf einem FDM-Drucker gedruckt und dann in einen Ofen gestellt, wo der Bindemittelkunststoff ausgebrannt und das Metall gesintert wird. Das auf diese Weise erhaltene Teil ist viel billiger als der Direktdruck aus Metall. Mit einem FDM-Drucker und einem geeigneten Ofen werden neue Geräte überhaupt nicht benötigt.
Beachten Sie, dass
Virtual Foundry eine ähnliche Lösung anbietet - das Filamet mit Bronze- oder Kupferpulver wird auf die gleiche Weise gebrannt. Die Wahl des Metalls deutet eher auf eine dekorative als auf eine technische Anwendung hin.
AIM3D hat eine eigene Implementierung dieses Prinzips - der
ExAM 255- Drucker arbeitet nicht mit Filamenten, sondern mit Granulat. Auf diese Weise können Sie Rohstoffe für den FDM-Druck verwenden, der normalerweise im MIM (Metal Injection Moulding) verwendet wird. Zum Sintern von Teilen bietet das Unternehmen einen
ExSO 90- Ofen an. Sie können mit Kunststoffgranulat drucken, was normalerweise billiger ist als die Verwendung eines herkömmlichen Filaments.
Spezialtechnik KunststofftechnikZusammenfassend. Kurz gesagt: Die betrachteten Verbrauchsmaterialien unterscheiden sich von herkömmlichen Materialien mit einer hohen Drucktemperatur, die die Verwendung spezieller Geräte sowie eine ernsthafte Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit der hergestellten Teile erfordert. Um mit solchen Filamenten arbeiten zu können, werden 3D-Drucker mit einer Extruderbetriebstemperatur von 350 ° C und einer thermostabilisierten Arbeitskammer benötigt.
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