Статьи

PET-пластик для печати

Основные понятия


Набор моделей из T-GlaseПолиэтилентерефталат (PET, PETT, ПЭТ, ПЭТФ, лавсан, полиэстер, майлар) – материал, хорошо знакомый обывателю по пластиковым бутылкам, используемым в пищевой промышленности. ПЭТФ получил широчайшее применение благодаря целому набору полезных свойств: нерастворимости в воде и органических растворителях, устойчивости к кислотам и слабым щелочам, достаточно хорошей устойчивости к высоким температурам, высокой износоустойчивости и диэлектричности. В то же время, ПЭТФ имеет и определенные интересные свойства, считающиеся недостатками или достоинствами в зависимости от применения материала: прозрачность к ультрафиолету, способность пропускать кислород и углекислый газ. Кроме пищевой промышленности ПЭТФ применяется для изготовления синтетических волокон, армирования резинотехнических изделий, производства фотопленки, магнитных лент и компьютерных дискет.

Применение в 3D-печати

Одной из особенностей ПЭТФ, делающих этот материал заманчивым для 3D-печати является его доступность, особенно в России, где этот материал получил особенно широкое распространение в пищевой промышленности. Таким образом, возможно использование домашних перерабатывающих установок (например, FilaBot) для производства собственной нити.

Однако обычный ПЭТФ может иметь некоторые неприятные особенности из-за добавок – например, высокую степень усадки. В связи с этим принимаются усилия по созданию специализированных расходных материалов на основе ПЭТФ для 3D-печати.

Наиболее известным является T-Glase (от «tough glass» или «крепкое стекло») производства компании Taulman, также известный как Taulman 810.

Низкая степень усадки T-Glase помогает избегать деформаций и успешно печатать большие модели, при этом прочность и гибкость схожи с ABS-пластиком.

T-Glase с легкостью схватывается с акриловыми и стеклянными рабочими столиками, а также с полиимидной пленкой (каптоном). Слои материала также прекрасно схватываются, что и обеспечивает высокую прочность моделей. Необходимо учитывать, что хорошая «липучесть» T-Glase обеспечивается за счет достаточно низкой температуры стеклования в 78°C. Хотя материал и сертифицирован для изготовления пищевых контейнеров, T-Glase не рекомендуется для хранения горячих напитков или пищи.

Оптимальная температура печати T-Glase составляет 212°C-224°C, с допустимым диапазоном 207°C-235°C.

Рекомендуется печать слоями не тоньше 150 микрон на низкой скорости в 10-20 мм/сек.

T-Glase не биоразлагаем, зато c легкостью поддается переработке, причем допускается смешивание с обычным промышленным ПЭТФ (до 12% ПЭТФ по весу).

T-Glase не поддается окраске, но в настоящее время доступен в бесцветной версии и пяти цветных вариантах: красном, синем, зеленом и черном.

Доступны нити диаметра 1,75мм и 3мм.

PVA-пластик для печати

Поливиниловый спирт или «PVA-пластик» – уникальный расходный материал, существенно расширяющий возможности 3D-печати при использовании принтеров с двойным экструдером. PVA растворим в воде, что делает его совершенно непригодным для создания долговечных изделий, но позволяет использовать в качестве опорного материала при печати моделей сложной геометрической формы.

Пример использования временных опор. Удаление таких элементов вручную 
потребует значительного времени и может ухудшить качество готовой модели

Одним из ограничений 3D-печати является невозможность «печати по воздуху», что осложняет создание навесных элементов. Такие технологии, как выборочное лазерное спекание (SLS), решают эту проблему за счет использования порошковых материалов распределяемых по всей площади рабочей камеры – неизрасходованный материал одного слоя служит поддержкой для элементов следующего слоя.

В случае же с FDM-печатью сам материал наносится выборочно. Соответственно, навесные элементы могут не иметь достаточной опоры – все зависит от угла отклонения и разрешения печати, но даже при оптимальном разрешении печать горизонтальных элементов большой длины (так называемых «мостов») возможна только в ущерб качеству или невозможна вообще. В таких случаях создаются искусственные временные конструкции, называемые «опорами» или «поддержками», предназначенные для удаления по завершении печати.

Гильбертов куб, напечатанный ABS-пластиком (серый) и PVA (белый)

К сожалению, механическое удаление таких конструкций оставляет следы на готовой модели, что приводит к необходимости последующей механической обработки. В худшем же случае, опоры могут вообще оказаться вне досягаемости механических инструментов. Последнее возможно при создании моделей со сложной открытой внутренней структурой.

В качестве наглядного примера можно использовать Гильбертов куб. Построение такой модели со стандартными опорами обернется кошмаром при попытке их удаления. К счастью, у владельцев FDM-принтеров с двойной печатной головкой есть более разумная опция: печать композитной модели с построением опор из водорастворимого пластика, то есть PVA.

В данном случае PVA служит в роли наполнителя пустот, поддерживающего слои рабочего ABS-пластика. Готовую модель будет необходимо выдержать в обычной воде до полного растворения PVA-пластика.

Композитная модель из ABS-пластика и PVA выдерживается в воде

Время выдержки может занять достаточно длительное время, достигающее нескольких часов. Период зависит от размера модели и температуры воды, но может быть сокращен за счет периодического или постоянного помешивания раствора.

PVA-пластик поставляется в виде стандартных катушек с нитью диаметром 1,75мм или 3мм. Рекомендуемая температура экструзии составляет 160-175°С. Превышение указанной температуры может привести к пиролизу.

PVA вырабатывается из различного сырья, включая этиленовый газ (выделяемый при созревании некоторых фруктов и овощей), этиловый спирт (тот самый, питьевой) и нефтепродукты, но в любом случае в готовом виде нетоксичен и не представляет опасности для здоровья.

Будучи водорастворимым, материал гигроскопичен (легко впитывает влагу), что следует учитывать при печати. Рекомендуется просушка материала перед печатью во избежание деформаций или выделения пара.

Готовая модель Гильбертова куба без наполнителя из PVA-пластика

Просушку можно осуществить даже в обыкновенной духовке: около шести часов при температуре 80 °С должно быть вполне достаточно для залежавшейся катушки. В целом же, рекомендуется хранить PVA в вакуумной упаковке.

Стоимость PVA достаточно велика и может достигать $90 за 1кг. В то же время, при правильном подходе к построению опор расход материала будет относительно невелик.

В предложенном нами примере производилось полное наполнение с высоким расходом пластика.

Построение сетчатых опор позволило бы существенно сэкономить на дорогом материале.

Так как материал не предназначен для изготовления конечных изделий, цветные версии, как правило, недоступны. Материал поставляется в натуральном белом цвете.

ABS-пластик для 3D-печати

Высокая прочность ABS-пластика позволяет использование в производстве несущих элементов

ABS-пластик (акрилонитрилбутадиенстирол, АБС) – ударопрочный термопластик, завоевавший высокую популярность в промышленности и в аддитивном производстве.

Отличные механические и физические свойства ABS-пластика обуславливают возможность применения этого материала для создания всевозможных объектов, имеющих практическую ценность. ABS-пластик широко применяется в автомобильной, медицинской и сувенирной промышленности, в производстве спортивного инвентаря, сантехники, банковских карт, мебели, игрушек и др.

Относительно невысокая стоимость ABS-пластика и сравнительная легкость использования в качестве расходного материала привели к высокой популярности ABS среди энтузиастов 3D-печати. ABS-пластик является одним из наиболее популярных материалов для печати методом послойного наплавления (FDM/FFF).

Безопасность ABS-пластика

ABS-пластик относительно безопасен и не предоставляет угрозы в нормальных условиях. Тем не менее, нагревание ABS приводит к выделению токсичных паров акрилонитрила, что означает необходимость элементарных предосторожностей при 3D-печати. Объем испарений, как правило, невелик ввиду относительно медленного расхода материала при FDM-печати. Для обеспечения полностью безопасных условий требуется лишь хорошая вентиляция помещения или вытяжка. Стоит также иметь в виду, что ABS-пластик вступает в реакцию с этанолом, что приводит к выделению стирола.

Не следует использовать готовые изделия из ABS для хранения горячей пищи и напитков, либо алкоголя при любой температуре.

Технические характеристики ABS-пластика

Температура стеклования Около 105°C
Прочность на изгиб 41 МПа
Предел прочности на разрыв 22 МПа
Модуль упругости при растяжении 1627 Мпа
Относительное удлинение 6%
Усадка при охлаждении До 0,8%
Плотность материала Около 1,05 г/см³


Стоить иметь в виду, что фактические параметры ABS-пластика для 3D-печати будут зависеть от спецификаций производителя. Во многих случаях ABS смешивается с другими термопластиками (например, полистиролом), что приводит к изменению температуры экструзии, устойчивости к определенным растворителям и пр.

Преимущества и недостатки ABS-пластика

Основным недостатком ABS-пластика можно считать относительно низкую устойчивость к прямому воздействию солнечного света. Кроме того, потенциальная токсичность материала несколько ограничивает применение в производстве игрушек, пищевой тары и медицинских инструментов.

Широкий выбор цветов наглядно демонстрируется кирпичиками Lego, производимыми из ABS-пластика

В то же время, ABS-пластик имеет целый ряд положительных качеств:

  • Практически неограниченная цветовая гамма
  • Влагостойкость
  • Кислотостойкость
  • Маслостойкость
  • Относительно высокая теплостойкость, достигающая 115°C у некоторых марок материала
  • Нетоксичность при относительно низких температурах и при отсутствии воздействия алкоголя
  • Повышенная ударопрочность
  • Высокая эластичность
  • Высокая долговечность в отсутствие прямого солнечного света
  • Легко поддается механической обработке
  • Хорошая ценовая доступность
  • Высокая растворимость в ацетоне


Использование в 3D-печати


Результат обработки модели из ABS-пластика парами ацетона

Печать ABS-пластиком сопряжена с определенными технологическими трудностями ввиду достаточно высокой склонности к усадке, то есть к потере объема при охлаждении. Как следствие, возможно образование деформаций и расслоение моделей. Этот момент учитывается производителями, оптимизирующими 3D-принтеры для печати ABS за счет установки подогреваемых рабочих платформ и обеспечения той или иной степени климатического контроля в рабочей камере. Некоторые методы борьбы с деформациями описаны в разделе «Как избежать деформации моделей при 3D-печати».

Помимо возможности механической обработки, ABS легко растворяется в ацетоне и в некоторых других растворителях, что позволяет производить достаточно крупногабаритные модели из составных частей путем склеивания. Кроме того, обработка готовых моделей парами ацетона позволяет сглаживать внешние поверхности и достигать полной герметичности. Подробнее об обработке ацетоном можно узнать в разделе «Обработка распечатанных 3D-моделей».

PLA-пластик для 3D-печати

Состав пластика

   PLA-пластик (полилактид, ПЛА) - является биоразлагаемым, биосовместимым, термопластичным алифатическим полиэфиром, структурная единица которого - молочная кислота.

ПЛА-пластик производят из кукурузы или сахарного тростника.

Сырьем для получения служат также картофельный и кукурузный крахмал, соевый белок, крупа из клубней маниока, целлюлоза.

На сегодняшний день полилактид активно используется в качестве расходного материала для печати на 3D-принтерах.
Безопасность PLA-пластика


Натуральное природное сырье в составе PLA-пластика позволяет без угрозы для здоровья человека применять его для различных целей.

При изготовлении ПЛА-пластика значительно сокращаются выбросы углекислого газа в атмосферу по сравнению с изготовлением «нефтяных» полимеров. На треть уменьшается использование ископаемых ресурсов, применение растворяющих веществ не требуется вообще.

Как правило, PLA-пластик поставляется в виде тонкой нити, которая намотана на катушку.
Технические характеристики PLA-пластика


Температура плавления 173-178°C
Температура размягчения 50°C
Твердость (по Роквеллу) R70-R90
Относительное удлинение при разрыве 3,8%
Прочность на изгиб 55,3 МПа
Прочность на разрыв 57,8 МПа
Модуль упругости при растяжении 3,3 ГПа
Модуль упругости при изгибе 2,3 ГПа
Температура стеклования 60-65°C
Плотность 1,23-1,25 г/см³
Минимальная толщина стенок 1 мм
Точность печати ± 0,1%
Размер мельчайших деталей 0,3 мм
Усадка при изготовлении изделий нет
Влагопоглощение 0,5-50%

Преимущества PLA-пластика при 3D-печати

  • нетоксичен;
  • широкая цветовая палитра;
  • при печати нет необходимости в нагретой платформе;
  • размеры стабильны;
  • идеален для движущихся частей и механических моделей;
  • отличное скольжение деталей;
  • экономия энергозатрат из-за низкой температуры размягчения нити;
  • нет необходимости применять каптон для смазывания поверхности для наращивания прототипа;
  • гладкость поверхности напечатанного изделия;
  • получение более детальных и полностью готовых к применению объектов.



PLA-пластик идеален для 3D-печати объектов с тщательной детализацией
Работа PLA-пластиком на 3D-принтере ведется посредством технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM-Fused Deposition Modeling). Нить расплавляется, после чего доставляется по специальной насадке на поверхность для работы и осаживается. В результате построения модели расплавленным пластиком создается полностью готовый к применению объект. Изделия из PLA-пластика подвергают шлифованию и сверлению, красят акрилом. Однако стоит помнить, что предмет из ПЛА нужно обрабатывать с осторожностью из-за его хрупкости. Еще одним минусом PLA-пластика является его недолговечность: материал служит от нескольких месяцев до нескольких лет.


PLA-пластик является идеальным материалом для 3D-печати прототипов и изделий, которые не предполагается эксплуатировать длительное время. Это могут быть декоративные объекты, изделия для презентаций и предметы, требующие тщательной детализации.


Расходные материалы для фотополимерной печати

Фотополимерная смола для принтера Formlabs Form 1

При выборе 3D-печатного устройства необходимо рассматривать не только характеристики самого принтера, но и учитывать совместимые расходные материалы. Это правило особенно важно при выборе стереолитографических принтеров. В отличие от термопластиков, используемых для FDM-печати, фотополимерные смолы в основном разрабатываются под конкретные установки. Причем, разработка зачастую осуществляется самими производителями принтеров. Причиной тому служат как технологические особенности конкретных установок (время засветки, скорость печати и пр.), так и предназначение конечных моделей.

Стоить отметить, что фотополимерные смолы могут иметь самые разные физические характеристики: некоторые виды могут напоминать ABS-пластик, а некоторые – иметь эластичность на уровне резины. Доступны различные цвета и смолы с различной прозрачностью в полимеризованном состоянии. Разные смолы имеют разные показатели токсичности. Некоторые смолы могут быть совместимы с различными принтерами, а некоторые заточены под конкретные системы. Все эти факторы определяют выбор печатного оборудования.

Хранение фотополимерных смол требует особого внимания. Дело в том, что длина света, которым может быть осуществлена засветка, варьируется от материала к материалу и не всегда указывается производителями.

Простая ультрафиолетовая печь для окончательной засветки фотополимерных моделей

Несмотря на то, что смолы обычно поставляются в затемненных контейнерах, лучше всего хранить такие материалы в темном и прохладном месте – повышенная температура также может привести к частичной полимеризации, что негативно скажется на качестве последующей печати. Неизрасходованную смолу не стоит оставлять в кювете принтера в течение продолжительного времени. Лучше всего слить материал обратно в упаковочный контейнер.

При обращении с фотополимерными смолами необходимо принимать основные меры предосторожности, использовать защитные очки и перчатки. Хотя сами смолы могут быть нетоксичны, зачастую требуется промывка готовых моделей растворителями, которые представляют опасность здоровью.

Наряду с со стереолитографическими принтерами (SLA и DLP), фотополимерные смолы используются в принтерах многоструйной печати (MJM).

Последние, как правило, не требуют окончательной засветки моделей ввиду технических особенностей процесса. Если же модель не полностью полимеризована, для засветки применяются ультрафиолетовые камеры, оснащенные обычными УФ-лампами.

Как вариант, окончательную засветку можно произвести просто под прямым воздействием солнечных лучей.

Имитаторы металлов (BronzeFill)

Металлы привлекают сторонников аддитивного производства с ранних дней технологий 3D-печати. К сожалению, печать чистыми металлами и сплавами вызывает массу трудностей, непреодолимых для большинства методов 3D-печати. Полностью функциональные металлические изделия можно произвести только с помощью таких технологий, как SLS, DLMS или EBM, требующих использования промышленных установок, чья стоимость исчисляется сотнями тысяч долларов. В то же время, имитаторы металлов успешно используются в струйной 3D-печати (3DP), где формирование изделий происходит из металлических порошков, частицы которых скрепляются наносимым связующим материалом. В FDM/FFF печати металлические имитаторы лишь появляются на свет.

Интересным примером служит BronzeFill – фактически, прозрачный PLA-пластик с наполнителем из микрочастиц бронзы. Материал, в настоящее время проходящий бета-тестирование, должен доказать пригодность для использования в любых принтерах, предназначенных для работы с полилактидом.

Готовые изделия легко поддаются полировке, достигая высокого внешнего сходства с цельнометаллическими изделиями. В то же время стоит учитывать, что связующим элементом материала является термопластик, с соответствующими механическими и температурными ограничениями.

Имитаторы песчаника (Laybrick)

Композитный материал от изобретателя Кая Парти, ответственного за создание революционного древесного имитатора LAYWOO-D3. На этот раз Кай нацелился на имитацию песчаника, используя опробованный метод смешивания связующего материала с наполнителем – в данном случае минеральным.

Laybrick позволяет производить объекты с различной текстурой поверхности. При низких температурах экструзии порядка 165°С-190°С готовые изделия имеют гладкую поверхность. Повышение температуры печати делает материал более шершавым, вплоть до высокой степени сходства с натуральным песчаником при температуре экструзии свыше 210°С.

Материал легок в работе, не требуя подогрева рабочей платформы, не демонстрируя существенных деформаций при усадке и не производя токсичные испарения при нагревании. Единственным недостатком можно считать достаточно высокую стоимость материала, что в немалой степени обуславливается ограниченным производством.

Древесные имитаторы (LAYWOO-D3, BambooFill)

LAYWOO-D3 – недавняя разработка, предназначенная для печати моделей, напоминающих деревянные изделия. Материал на 40% состоит из натуральных древесных опилок микроскопического размера и на 60% из связующего полимера. LAYWOO-D3 весьма прост в обращении, будучи практически неподверженным деформациям и не требуя использования подогреваемой платформы. Согласно производителям, полимер нетоксичен и полностью безопасен. 

Уникальные свойства материала позволяют добиваться различных визуальных результатов при печати с разными температурами сопла. Диапазон рабочих температур составляет 180°С-250°С. По мере увеличения температуры экструзии, оттенок материала становится прогрессивно более темным, позволяя имитировать разные сорта древесины или годовые кольца.

Готовые модели прекрасно поддаются механической обработке – шлифовке, сверлению и пр. Кроме того, изделия легко окрашиваются, а неокрашенные модели даже имеют характерный древесный запах.

К сожалению, стоимость материала почти в четыре раза превышает цену на такие популярные материалы, как PLA и ABS-пластики. По мере прогнозируемого роста популярности, материал должен стать более доступным.

В настоящее время ведется разработка и тестирование альтернативных материалов, таких как BambooFill от голландской компании ColorFabb.

Ударопрочный полистирол (HIPS)

Ударопрочный полистирол широко используется в промышленности для производства различных бытовых изделий, строительных материалов, одноразовой посуды, игрушек, медицинских инструментов и пр.

При 3D-печати полистирол демонстрирует физические свойства, весьма схожие с популярным ABS-пластиком, что делает этот материал все более популярным среди 3D-умельцев. Наиболее же привлекательной особенностью полистирола является отличие от ABS в отношении химических свойств: полистирол достаточно легко поддается органическому растворителю Лимонену. Так как на ABS-пластик Лимонен эффекта не имеет, возможно использование полистирола в качестве материала для построения растворимых поддерживающих структур, что исключительно полезно при построении сложных, переплетенных моделей с внутренними опорами. В сравнении с удобным, водорастворимым поливиниловым спиртом (PVA-пластиком), полистирол выгодно отличается относительно низкой стоимостью и устойчивостью к влажному климату, затрудняющему работу с PVA.

Стоит иметь в виду, что некоторые производители ABS-пластика подмешивают в свои расходные материалы несколько более дешевый полистирол. Соответственно, модели из таких материалов могут раствориться в Лимонене вместе с опорными структурами.

При нагревании полистирола до температуры экструзии возможно выделение токсичных испарений, в связи с чем рекомендуется осуществлять печать в хорошо проветриваемых помещениях.