Kvalitetan filament za FDM/FFF 3D printer je prioritet. To je naš moto kad govorimo o 3D printanju bilo kojeg proizvoda za klijenta. Bez obzira na kvalitetu 3D printera, ljepota i performanse 3D printanog komada ovisit će o kvaliteti filamenta koji se koristi, o vrsti filamenta te o optimalnim postavkama 3D printera. Ovaj blog će biti vodič kroz kategorije filamenta na 3DPrintaj webshopu – maker i industrijske filamente. U nastavku bloga objasnit ćemo kada koristiti koju vrstu filamenta te podijeliti savjete na temelju vlastitog iskustva u profesionalnom 3D ispisu.

Nakon kupnje FDM/FFF 3D printera ste se sigurno zapitali koje je filamente optimalno koristiti za izradu umjetničkih, dizajnerskih ili pak raznih funkcionalnih 3D printeva. U jednom od prethodnih blogova, pisali smo o FDM/FFF tehnologijama 3D printanja i plastičnom materijalu (filamentu) koji ćemo u nastavku kategorizirati. 

Karakteristike FDM/FFF filamenata

Filament za FDM/FFF 3D printer je plastomer, skupina unutar polimera koja se  omekšava i oblikuje pod visokom temperaturom, dok se hlađenjem stvrdnjava. Ekstruzija materijala započinje u ekstruderu unutar 3D printera gdje se filament provlači između nazubljene osovine i pritiskivača te na taj način ulazi u sustav ekstruzije. Zatim se filament potiskuje izravno do hotenda. Nakon što filament dospije do hotenda, nastavlja “putovati” dok dovoljno ne omekša za prolazak kroz mlaznicu gdje će postati dio 3D printanog komada.

Masa pakiranja filamenta za FDM/FFF 3D printere uglavnom varira od 0.5 KG do 2 KG dok je njihov standardni promjer 1.75 mm ili 2.85 mm. Najčešće su za 3D printanje korišteni PLA i PETG filamenti zbog njihove cijene i jednostavnosti 3D ispisa. 

Kvalitetan filament je osnovni preduvjet za vrhunski 3D print. Koji filament koristiš?

Kategorije filamenata prema svojstvima i namjenama

Filamenti su na 3DPrintaj webshopu podijeljeni prema vrsti namjene, a to su:

• Maker filamenti (PLA, PETG i Art special)
• Industrial filamenti (ABS, ASA, CPE, PA, PC, Fleksibilni, Industrial special, HPP i Support)

Unutar kategorije “maker” filamenata uvrštene su najosnovnije vrste filamenata koje hobisti najčešće koriste za svoje projekte. Pod kategorijom “industrial” filamenata možete pronaći materijale namijenjene za 3D ispis komada/dijelova za različite industrije. U nastavku pročitajte više o samim podjelama i karakteristikama svakog od navedenog materijala.

1. Maker filamenti

Prva kategorija filamenata sadrži tri vrlo često korištene vrste filamenata za desktop 3D printere koji su vrlo popularni zbog njihove lagane upotrebe i fizičkih karakteristika. Unutar ove kategorije se nalaze PLA, PETG i Art Special filamenti.

PLA (polilaktična kiselina)

Ovaj materijal je termoplastični plastomer koji se dobiva iz obnovljivih izvora, točnije iz kukuruznog škroba ili šećerne trske.

Za PLA filament se može reći da je najpopularniji materijal za 3D printanje zbog lakoće 3D ispisa, jednostavne obrade i cjenovne pristupačnosti. Dolazi u mnogim nijansama i stilovima, što ga čini idealnim za širok spektar primjena.

Tijekom godina razvijeno je dosta različitih verzija PLA filamenta. Iz tog razloga trenutno možeš pronaći PLA sa dodatkom bakrenih čestica, PLA sa dodatkom drvenih vlakana, PLA s brončanim česticama, Low Warp (LW)-PLA, PLA s fosforescentnim česticama, vrlo popularni semi-mate PLA itd.

3D printevi izrađeni PLA filamentom

Nedostaci PLA filamenta:

• tendencija da se deformira ili rastopi kada se na njega primijeni toplina – samo pokazna namjena
• krhak i lako se lomi zbog čega nije najbolji izbor za komade koji dolaze u dodir s hranom
• 3D printani komadi nisu namijenjeni za vanjsku upotrebu
• tijekom vremena razvijen izdržljiviji materijal koji ima žilavost ABS-a, primjer Azurefilm PLA Strongman.

Primjena PLA

Većina vrsta PLA filamenta izvrsna je za vizualne ispise i brze izrade prototipova, posebno u slučajevima kada 3D printani dio neće naići na previše naprezanja. Neke od najpopularnijih namjena PLA filamenta uključuju vizualne 3D modele, figurice, igračke s malim habanjem, nefunkcionalne prototipove i spremnike. To ne znači da se PLA ne može koristiti za profesionalne namjene. Naprotiv, PLA filamentom 3D printali smo naše najveće projekte: RTL maketu, maketu grada Korčule, maketu Virovitice te golfericu Prudence. Sva četiri projekta imaju uglavnom pokaznu namjenu.

Više o upotrebi PLA filamenata te njihovim specifikacijama možete pronaći u blogu “PLA filamenti za potrebe 3D ispisa”. 

PETG

PETG filament izrađen je od polietilen-tereftalata (PET) sa dodatkom glikola (dodatno slovo G u nazivu) koji se dodaje u materijalni sastav tijekom polimerizacije što rezultira da je filament bistriji, manje lomljiv te se time olakšava uporaba u odnosu na osnovni PET. Također kao i u slučaju PLA filamenta, PETG se može pronaći u raznim varijacijama boja te u promjerima 1.75 mm i 2.85 mm. Koristi se isključivo za FDM/FFF 3D ispis.

Nedostaci PETG filamenta:

• potrebno vrijeme za prilagodbu retrakcije, temperature 3D printanja, brzine kretanja te brzine 3D printanja
• mogućnost pojave tzv. „stringinga“ (nalik paukovoj mreži) koji se događa kada se na podlozi 3D printa više 3D modela jer mlaznica putuje od jedne do druge točke preko praznog prostora
• hidroskopan (apsorbira vlagu iz zraka zbog čega se smanjuje kvaliteta i trajanje materijala)

Primjena PETG

PETG ima optimalnu primjenu za sve predmete koji trebaju imati veću čvrstoću i žilavost te mogućnost primjene vani na otvorenom. U PETG filamentu najčešće 3D printamo razna kućišta i inženjerske komade.

Mogli bismo reći da je PETG 2020. godine odnio titulu najčešće korištenog te najpopularnijeg filamenta u proizvodnji držača vizira u borbi protiv koronavirusa. Uz to, neizostavan je materijal za 3D ispis svakome tko treba bilo kakve držače ili 3D printeve koji moraju izdržati toplinu, sunčevu svjetlost te druge klimatske uvjete.

Najopsežniji projekt koji smo do sada radili u PETG filamentu je EASI (Evaluation of Ayres Sensory Integration) test. To je test taktilne percepcije koji radni terapeuti koriste u radu s djecom. Ovaj filament je idealan za ovu namjenu jer se lako 3D printa, dolazi u bojama, a u sredinu svakog 3D printanog komada može se jednostavno umetnuti magnet te se gotovi oblici lako mogu dezinficirati na temperaturama do 80 stupnjeva celzijusa.

Više o upotrebi PETG filamenata te njihove specifikacije možete pronaći u blogu “PETG filamenti za potrebe funkcionalnog 3D ispisa”. 

Art special filamenti

Art special filamenti, posebne namjene, nastali su sintezom raznih materijala u svrhu dobivanja posebnih dekorativnih karakteristika 3D printanih modela. Filamenti poput Glowfill-a, Woodfill-a, Copperfill-a, i Bronzefill-a razvijeni su kako bi zadovoljili specifične umjetničke, maketarske i dekorativne namjene. Osnova im je PLA materijal. Kako neki od njih u sebi sadrže čestice drva ili metala, preporučljivo je koristiti mlaznicu od ojačanog čelika. Preporučljivo je imati barem osnovno iskustvo 3D ispisa prije kretanja u rad s kompozitnim materijalima.

Art special filamenti idealni su za razne umjetničke primjene, primjene u maketarstvu, dizajnu te za razne hobističke namjene. Tako smo mi u Azurefilm Wood filamentu izradili gotovo cijelu maketu grada Korčule, koju možete vidjeti u Muzeju grada Korčule. Zasebno, ili u kombinaciji sa drugim materijalima, ovi filamenti daju nevjerojatan izgled i efekt 3D printanom modelu. 

Art special filamenti dolaze u nekoliko varijacija

Wood filamenti su multifunkcionalni filamenti sastavljeni od 40% recikliranog drva i 60% polimera. 

Silk filament je dizajniran za jednostavan 3D ispis. Mogu ga koristiti početnici, ali i napredniji “makeri”. Vrlo je kvalitetan materijal za 3D printanje jer ima izvrsna mehanička svojstva, slična PETG-u.

Glow filament je u svojoj osnovi PLA sa dodanim fosforescentnim česticama koje svijetle u mraku. 

Copperfill filament sadrži čestice bakra koje će omogućiti ispis 3D printeva teksturom i izgledom nalik bakrenima.

Bronzefill filament sadrži čestice bronce koje će omogućiti ispis 3D printeva teksturom i izgledom nalik brončanima kod kuće.

Stonefill filament odlično imitira izgled kamenih površina. U svom sastavu nema tzv. kameni prah zbog čega je jednostavan za 3D ispis.

Marble filament imitira izgled mramora. Posebno je dizajniran kako bi ga bilo jednostavno koristiti svim početnicima, ali i naprednijim korisnicima.

Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu Art special filamenata i njihove specifikacije. Od Art special filamenata u našoj ponudi najtraženiji je Azurefilm Wood filament.

2. Industrial filamenti

Industrial filamenti u našoj ponudi namijenjeni su za prototipe te serije proizvoda visoke kvalitete i postojanosti. Ovo su materijali prave profesionalne namjene i visoke funkcionalnosti. Većina njih 3D printa se u normalnim uvjetima dok je za pojedine preporučljiva zatvorena i grijana radna komora. Unutar ove kategorije nalaze se: ABS, ASA, CPE, PA, PC, Fleksibilni, Industrial special, HPP i Support materijali.

ABS

ABS filament (Akrilonitril-Butadien-Stiren) je termoplastični materijal koji se koristi za izgradnju krutih objekata. Idealan je za 3D printanje krutih objekata koji trebaju imati visoku čvrstoću i udarnu otpornost. Može izdržati visoku ili vrlo nisku temperaturu. Kako posjeduje neugodan miris za vrijeme 3D printanja svakako preporučamo korištenje zatvorenog radnog volumena 3D printera.

Nedostaci ABS filamenta:

• lako se uvija (eng. warping)
• potrebna visoka temperatura za 3D printanje
• neugodan i nadražujući miris tijekom 3D printanja
• nemogućnost 3D ispisa na 3D printeru otvorenog radnog volumena

Primjena ABS-a

ABS je izrazito čvrst materijal koji je otporan na udarce i visoke temperature, ali i umjereno fleksibilan, odnosno vrlo žilav. Navedena svojstva skupa čine ABS dobrim osnovnim filamentom, ali on je zapravo „glavna zvijezda“ za izradu predmeta uporabne namjene. ABS materijal najčešće se koristi za 3D printanje kućišta, raznih mehaničkih dijelova, ali i mnogih drugih funkcionalnih prototipova ili serija proizvoda koji su izloženi opterećenju. Mi smo ga koristili za 3D print vatrootpornog kućišta za elektroniku.

Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu ABS filamenata te njihove specifikacije. 

ASA

Acrylonitrile styrene acrylate (ASA) je termoplastika koja se najčešće koristi za 3D printanje inženjerskih komada ili za upotrebu na otvorenom. ASA je kao i ABS malo teža za 3D printanje zbog visoke osjetljivosti na toplinu prilikom printanja. Nakon procesa 3D printanja, predmeti su dosta dugotrajni i otporni na visoke temperature. Jedna od velikih razlika između ASA i ABS filamenta je u tome što ASA, za razliku od ABS neće požutjeti u vanjskim uvjetima. 

Nedostaci ASA filamenta:

• visoka temperatura ekstrudera
• visoka temperatura radne podloge
• dijelovi ponekad mogu napuknuti
• dijelovi se mogu iskriviti i smanjiti

Primjena ASA-e

• izrada eksternih dijelova u auto-moto industriji
• izrada zamjenskih dijelova za kućanstvo
• izrada sportske opreme
• izrada opreme i pomagala za vrt
• izrada dijelovi za vanjsku upotrebu

Savjeti za smanjivanje čestih problema tijekom 3D printanja s ASA filamentom:

• postavite odgovarajuću radnu podlogu za 3D printanje s ASA-om
• koristite odgovarajući adheziv za ASA/ABS filamente
• koristite 3D printera zatvorenog radnog volumena ili enclosure /kutiju kako bi se smanjilo iskrivljavanje materijala tijekom ekstruzije
• prilagodite temperaturu kako bi se izbjeglo pregrijavanje
• postavite ventilator na manju brzinu (5-10% povećanje nakon prvog sloja 3D printa)
• testirajte temperature (započnite od 250°C/ 110°C)
• zamjenite mlaznice prilikom promjene materijala za 3D printanje

Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu ASA filamenata te njihove specifikacije. 

CPE filamenti

CPE filamenti su kopoliesteri na bazi tereftalne kiseline. Zahvaljujući svojstvima sličnim PETG-u ili ABS-u, te dobrom prianjanju slojeva, dobri su za 3D ispis prototipova mehaničkih dijelova. CPE materijali se ističu svojom kemijskom i mehaničkom otpornošću i dimenzijskom stabilnošću. Za razliku od ABS-a, nemaju jaki miris ili problem sa savijanjem. Važno je napomenuti kako unutar ove skupine nudimo nekoliko različitih filamenata iz skupine CPE (kopoliestera).

Nedostaci CPE filamenata:

• visoka temperatura potrebna za 3D ispis
• prejako prianjanje materijala na radnu podlogu
• problemi sa stringigom (isto kao i kod PETG materijala)
• higroskopan materijal

Primjena CPE-a

CPE filamenti su odličan za 3D ispis tehničkih dijelova koji zahtijevaju dobru kemijsku i mehaničku otpornost. Najčešće se koriste za izradu pokaznih i funkcionalnih prototipova te mehaničkih dijelova.

Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu CPE filamenata i njihove specifikacije.

PA

PA (Nylon) je polukristalni plastomer. Primarno se koristi u tekstilnoj industriji, ali je također korišten za širok raspon mehaničkih primjena kao što su patentni zatvarači, plastične kopče i zupčanici. Ovaj materijal se često koristi u 3D printanju unatoč svojoj “lošoj” reputaciji materijala zbog njegove sklonosti prema savijanju i upijanju vlage.

Nedostaci PA (Nylon) filamenta:

• tendencija iskrivljavanja tijekom 3D ispisa 
• odvajanje materijala od radne podloge za vrijeme 3D ispisa 
• lako upija vlagu prije i nakon 3D ispisa zbog čega može doći do deformacije finalnog printa

Primjena PA (Nylon)-a

PA (Nylon) je popularan materijal zbog svoje izvrsne žilavosti, otpornosti na habanje i otpornosti na udarce. Stoga je idealan za upotrebu u zahtjevnim aplikacijama kao što su zupčanici, pričvršćivači i kabelske vezice. Najloni imaju izvrsnu otpornost na lužine i organske kemikalije poput ulja i goriva. PA (Nylon) se često kombinira s karbonskim i staklenim vlaknima kako bi se poboljšala njegova mehanička i toplinska svojstva.

Na 3DPrintaj webshopu možeš pronaći široku ponudu PA (Nylon) filamenata i njihove tehničke specifikacije.

PC

Polikarbonati (PC) su skupina polimera koji se ističu svojom čvrstoćom, vlačnom čvrstoćom i otpornošću na temperaturu. Izvan svijeta 3D printanja, koriste se primjerice za izradu CD-a, zaštitnih naočala i štitnika ili poklopaca za automobilska svjetla.

Nedostaci PC filamenta:

• vrlo higroskopan
• potrebna visoka temperatura mlaznice i radne podloge
• mogućnost deformacije posebno kod velikih modela
• umjeren miris tijekom 3D ispisa
• visoka cijena

Primjena PC-a

Najbolja upotreba PC materijala je za 3D ispis tehničkih dijelova koji zahtijevaju veliku toplinsku i mehaničku otpornost.

Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu PC filamenata i njihove tehničke specifikacije.

3. Fleksibilni filamenti – TPE, TPU, TPC

Fleksibilni filamenti veliki su hit među inženjerima, dizajnerima, a posebice u tekstilnoj industriji. Tako smo ih mi najčešće koristili za 3D print savitljivih dizajnerskih odjevnih komada za izraelsku dizajnericu Danit Peleg. Ljepota 3D printanih predmeta i žilavost materijala odlična su kombinacija koja osigurava kvalitetu i funkcionalnost. Razni fleksibilni filamenti izrađuju se od termoplastičnih elastomera (TPE) koji su spoj tvrde plastike i gume. Postoji više tipova TPE plastika, ali u FFF tehnologiji ispisa najčešće se koristi termoplastični poliuretan (TPU). Razina elastičnosti ovisi o tipu TPE plastike i kemijskih formula korištenih od proizvođača. Ona može varirati od tvrdoga kao što je automobilska guma do savitljivog kao što je lastika.

Nedostaci fleksibilnih filamenta:

• zahtjevnije 3D printanje nego s krutim materijalima
• duže vrijeme 3D printanja zbog nižih brzina rada
• teško premošćivanje linija (tzv. “bridging”)
• nije preporučljivo korištenje na ekstruderima koji dovode filament kroz cijev (bowden ekstruder)

Razina krutosti fleksibilnog materijala

Svaki TPU filament ima svoju predodređenu krutost koja se mjeri u Shore-ima:

• Shore A – koristi se za mjerenje krutosti mekanih gumenih materijala
• Shore D – koristi se za mjerenje krutosti srednje tvrdih do iznimno tvrdih guma
• Što je niži broj oznake na filamentu npr. 85A to je materijal elastičniji i teži za 3D print, i suprotno, veći broj npr. 98A je čvršći i lakši za print. 

Više o fleksibilnim filamentima u našoj ponudi možete pronaći u blogu “3D ispis s fleksibilnim TPU filamentima”. Od Fleksibilnih filamenata u našoj ponudi najtraženiji su Fillamentum Flexfill TPU 98A i Recreus Filaflex 82A.

Tablica tvrdoće materijala. Izvor: Recreus.com

Industrial special filamenti

Unutar kategorije Industrial special filamenata možete pronaći materijale poput Polycasta, polipropilena (PP), HIPS-a te biorazgradivih filamenata izrađenih od PLA i polihidroksi butirata (PHB). Odlična svojstva ovih filamenata rezultiraju vrlo širokim spektrom primjene. Uz svaki filament možeš pronaći njegove tehničke specifikacije (TDS i MSDS).

Primjena

Sa materijalima iz ove skupine se mogu izrađivati: 

• uzorci i šablone koje se podvrgavaju tehnologiji investicijskog lijevanja
• prototipovi i komadi za krajnju upotrebu
• dijelovi elektroničke i elektronske opreme
• predmeti u prehrambene svrhe (šalice, pribor za jelo i slično)
• arhitektonske makete

Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu Industrial special filamenata i njihove specifikacije. Od Industrial special filamenata u našoj ponudi najtraženiji je 3D4Makers Facilan C8.

HPP

HPP (High Performance Polymer) ili polimeri visokih perfomansi skupina je polimernih materijala za koje je poznato da zadržavaju svoja poželjna mehanička, toplinska i kemijska svojstva kada su izloženi oštrom okruženju poput visoke temperature, visokog tlaka i korozivnih kemikalija.

Nedostaci HPP filamenata:

• visoka cijena materijala
• teža printivost materijala
• potrebna grijana radna komora visoke temperature

Primjena HPP-a

Najznačajnija svojstva HPP materijala posebne namjene, povezana su s primjenama koje kombiniraju visoke radne temperature do 250°C s korozivnim ili jakim kemikalijama. Još jedna velika upotreba je u primjenama zamjene metala. Metal je izdržljiv, ali je također težak, skup i s vremenom korodira. 

HPP filamenti idealni su za primjenu u širokom spektru industrija, za korištenje u zahtjevnim radnim uvjetima, radi svojih izuzetnih tehničkih svojstava.

Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu HPP filamenata i njihove specifikacije.

Support filamenti

FDM/FFF 3D printeri koriste plastični materijal (žicu, filament) koji se u procesu 3D ispisa omekšava te tvoreći sloj po sloj (od radne podloge 3D printera prema gore) stvaraju 3D printani komad. Svaki novi sloj mora biti poduprt onim ispod njega. Ako dio vašeg 3D modela počinje “u zraku” i nije podržan ničim ispod, trebate mu osigurati dodatnu support strukturu kako biste osigurali uspješan 3D ispis. Kako bi vam bilo jasnije o čemu je riječ pročitajte blog o pravilima 3D modeliranja za FDM/FFF 3D ispis.

Za takvu potpornu strukturu se može koristiti isti materijal, od kojeg je napravljen cijeli 3D printani komad, ili poseban support materijal poput HIPS-a topljivog u limonenskoj otopini ili PVA potporni materijal koji se može otapati u vodi. 

Za ovakve materijale je važno da se mogu lako ukloniti nakon 3D ispisa. Na 3DPrintaj webshopu možete pronaći široku ponudu support filamenata te njihove specifikacije.

Zaključak

Nadamo se da smo ti ovom klasifikacijom filamenata te objašnjenjem njihovih namjena uvelike pomogli u odabiru kvalitetnog filamenta za tvoj sljedeći 3D print. Kako je odabir filamenata jedna od najzahtjevnijih misija, ako i dalje nisi siguran koji filament odabrati javi nam se na e-mail info@3dprintaj.com s upitom. Ovdje smo da ti pomognemo 3D printati s kvalitetnim filamentom u vrhunskoj rezoluciji. 

Kreni s nama, #3DPrintaj i ti!

#3DPrintaj #3dprinthrvatska #3dprintingcroatia

Izvori:

• https://all3dp.com/1/3d-printer-filament-types-3d-printing-3d-filament/
• https://all3dp.com/2/asa-filament-explained-and-compared/ 
• https://3dgence.com/3dnews/3d-printing-filaments-for-industrial-use-short-guide/ 
• https://www.ensingerplastics.com/en/shapes/high-performance-plastics/pei