3D-tulostusfilamenttien vertailu ja ominaisuudet
Johdanto
Markkinoilla on lukemattomia eri materiaaleista valmistettuja filamentteja erilaisilla täyteaineilla. Toivottavasti onnistumme vastaamaan seuraavaan kysymykseen: Mitä filamenttia minun tulisi käyttää. Tämän artikkelin lukemisen jälkeen lukijalla pitäisi olla käsitys yleisimmistä materiaaleista joita markkinoilta löytyy.
Helposti Tulostettavat filamentit
Helposti tulostuvat filamentit tulostuvat miltein millä tahansa 3d-tulostimella ja ovat suhteellisen anteeksiantavia väärien asetusten suhteen.
Helposti tulostettavat filamentit
PLA (Polylaktidi)
PLA on kuluttajien yleisin 3D-tulostusmateriaali, ja syystä. Se on helppo tulostaa, sillä sen tulostuslämpötila on alhainen, eikä se juurikaan irtoa tulostusalustasta. Vaikka lämmitetty alusta ei ole pakollinen, se parantaa tulostuslaatua. PLA:n etuna on myös vähäinen haju tulostuksen aikana; osa käyttäjistä kuvailee sen tuoksuvan makeille karkkimaisille höyryille filamentin tyypistä riippuen.
PLA:ta on saatavilla lähes kaikissa väreissä, ja saatavilla on myös erikoisfilamentteja, kuten johtavia, pimeässä hohtavia sekä puu- tai metalliseoksia. Materiaalina PLA on biohajoavaa ja ympäristöystävällisempi kuin useimmat muut filamentit, ja se valmistetaan uusiutuvista luonnonvaroista, kuten maissitärkkelyksestä tai sokeriruo’osta.
Vaikka PLA on helppo ja monipuolinen materiaali, se on hauras, eikä sovellu esineisiin, jotka altistuvat suurelle rasitukselle, taipuvat tai putoavat toistuvasti. Lisäksi PLA alkaa pehmetä noin 60 °C:ssa, joten sitä ei voi käyttää kohteissa joissa lämpötilat nousevat korkeiksi. Pla alkaa pehmenemään jopa kuumana kesäpäivänä autossa. Yleisiä tulostuskohteita ovat mallit, vähäisellä kulutuksella olevat lelut, prototyypit ja astiat.
Sunlu PLA tekniset ominaisuudet
PETG (Polyeteenitereftalaatti, glykolimodifioitu)
PETG on vahva, joustava ja helppo tulostettava materiaali. Se sijoittuu ominaisuuksiltaan PLA:n ja ABS:n väliin: joustavampi ja kestävämpi kuin PLA, mutta helpompi tulostaa kuin ABS. PETG on hygroskooppinen, joten se tulee säilyttää kuivassa paikassa. Tyypillisesti kuivaamaton PETG aiheuttaa tulosteeseen muodostuvan ohuita lankoja jotka tunnetaan nimeltä stringing.
PETG soveltuu toiminnallisiin osiin, mekaanisiin komponentteihin ja suojakoteloihin. Pinta voi naarmuuntua helpommin kuin ABS:lla, mutta yleisesti ottaen se on monipuolinen ja kestävä filamentti.
Ominaisuudet:
- Vahvuus: Korkea
- Joustavuus: Keskikokoinen
- Kestävyys: Korkea
- Tulostuslämpötila: 220–250 °C
- Tulostusalustan lämpötila: 50–75 °C
- Kutistuminen/vääntyminen: Minimaalista
Sunlu PETG tekniset ominaisuudet
Keskitason filamentit
Tulostettavuudeltaan keskitason filamentit ovat haastavampia kuin helpostitulostettavat filamentit. Kuitenkin näiden tulostaminen onnistuu tietyin rajoittein ja oikeilla asetuksilla suurella osaa moderneista tulostimista.
ABS (Akryylinitriilibutadieenistyreeni)
ABS on toiseksi suosituin filamentti PLA:n jälkeen, ja se tunnetaan kestävyydestään ja lämmönkestävyydestään. Sitä käytetään monissa kulutustuotteissa, kuten LEGOn palikoissa ja pyöräilykypärissä. ABS vaatii hieman vaativammat tulostusolosuhteet: korkeammat lämpötilat ja suljettun kammion. Tulostus kannattaa tehdä hyvin ilmastoidussa tilassa ja suljetussa kammiossa haitallisten höyryjen vuoksi. Suuret ja kapeat ABS kappeleet käytännössä vaativat lämmitetyn kammion vääntymisen estämiseksi, pieniä abs kappaleita pystyy tulostamaan ilman lämmitettyä kammiota.
3D-tulostimien päästämät kaasut
ABS sopii hyvin mekaanisiin osiin ja esineisiin, jotka joutuvat kestämään kovaa käsittelyä ja korkeampia lämpötiloja. Se on myös kohtalaisen joustava ja voidaan jälkikäsitellä asetonilla kiiltävän pinnan aikaansaamiseksi.
Sunlu ABS Tekniset ominaisuudet
ASA (Akryylinitriilistyreeniakrylaatti)
ASA kehitettiin ABS:n vaihtoehdoksi erityisesti ulkokäyttöön. Se on vahva, jäykkä ja suhteellisen helppo tulostaa. ASA:n suurin etu on sen erinomainen UV-, sää- ja kemiallinen kestävyys. Toisin kuin ABS, ASA ei kellastu tai heikkene ulkona auringonvalossa, joten se on ihanteellinen ulkokalusteisiin, linnunpönttöihin ja puutarhatarvikkeisiin.
Tulostuksessa on huomioitava ilmanvaihto ja jäähdytys, sillä liiallinen tulosteen jäähdytys aiheuttaa vääntymistä sekä kerrosten huonoa tarttumista. ASA:n tulostustuksella on samat edellytyksen kuin ABS:ssällä.
Jos joutuisin valitsemaan vain yhden filamentin jota voisin käyttää olisi voittaja ASA. ASA nimittäin tarjoaa hyvän tasapainon lujuuden ja joustavuuden välillä, mikä tekee siitä monikäyttöisen filamentin prototyypeille ja valmiille osille.
Ominaisuudet:
- Vahvuus: Korkea
- Joustavuus: Keskikokoinen
- Kestävyys: Korkea, erityisesti UV- ja kemikaalikestävyys
- Tulostuslämpötila: 240–280 °C
- Tulostusalustan lämpötila: 90–110 °C
- Kutistuminen/vääntyminen: Keskitasoa
- Käyttökohteet: Ulkokäyttö, suojakotelot, autonosat
Eryone ASA tekniset ominaisuudet
TPU / TPE
TPU (termoplastinen polyuretaani) ja muut TPE-perheen filamentit ovat erittäin joustavia ja kestäviä. Ne kestävät vääntöä, puristusta ja kulutusta, ja soveltuvat siksi esimerkiksi puhelimen kuoriin, leluiksi ja vaatteisiin. TPU on hiukan jäykempää kuin TPE, joten se on helpompi tulostaa ja se säilyttää joustavuutensa paremmin kylmässä. Joustavien filamenttien kovuutta mitataan Shore A mittarilla, mitä pienempi numero sitä joustavampi ja hankalampi tulostaa filamentti on. Yleisimmät TPU filamentit ovat kovuudeltaan 95A-85A. 95A tulostaminen on vielä kivaa ja 85A onnistuu vielä ja siitä alaspäin on tiedossa huomattavasti päänvaivaa.
TPU:n tulostuksesta tekee haasteellista materiaalin joustavuus sillä liian nopeasti tulosteassa tai liian suurella retraction asetuksella TPU joko ajautuu extuderin ratteiden väliin jumiin tai kapenee niin ettei extruderin rattaa pysty puremaan filamenttiin. TPU tulostuksessa on tyypillistä käyttää hitaampaa nopeutta sekä ns. directdrive extruder on parempi kuin bowden tyylinen.
TPU ja TPE filamentit soveltuvat tulosteisiin, jotka joutuvat kestämään paljon fyysistä rasitusta, taipumista, kovia iskuja. TPU filamentit ovat täydellinen materiaali 3d tulostettuihin tiivisteisiin.
Ominaisuudet:
- Vahvuus: Keskikokoinen
- Joustavuus: Erittäin korkea
- Kestävyys: Erittäin korkea
- Tulostuslämpötila: 210–230 °C
- Tulostusalustan lämpötila: 30–60 °C (ei pakollinen)
Tekniset filamentit
Teknisten filamenttien tulostaminen vaatii huomattavaa osaamista, suurempia laitevaatimuksia kuten lämmitettyjä kammioita tai erityisiä tulostusalustoja. Kuitenkin nämäkin filamentit tarjoavat erittäin hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten korkeiden lämpötilojen kestoa, kemikaalien kestoa ja muita ominaisuuksia joita vaaditaan esimerkiksi auton moottoritilaan osien suunnittelussa.
Polypropeeni (PP)
Polypropeeni (PP) on kevyt, joustava ja kemiallisesti erittäin kestävä filamentti. Se on myös elintarviketurvallinen, mikä tekee siitä houkuttelevan materiaalin säilytys- ja pakkaussovelluksiin. PP:n haasteena 3D-tulostuksessa on sen taipumus vääntyä sekä se että PP ei tartu käytännössä mihinkään muuhun kuin itseensä mikä tekee tulosteiden tarttumisesta alustaan erittäin haastavaa eillei käytössä ole erillistä PP varten suunniteltua alustaa.
PP soveltuu erinomaisesti osiin, jotka tarvitsevat keveyttä ja kemikaalikestävyyttä, kuten teknisiin komponentteihin ja pakkauksiin. PP sopii myös saranoihin joissa materiaali taittuu jatkuvast.
Ominaisuudet:
- Vahvuus: Korkea
- Joustavuus: Keskitasoinen–korkea
- Kestävyys: Korkea
- Tulostuslämpötila: 220–250 °C
- Tulostusalustan lämpötila: 80–100 °C
- Käyttökohteet: Elintarviketurvalliset pakkaukset, kevyet tekniset osat
Polykarbonaatti (PC)
PC on erittäin vahva ja kuumuutta kestävä filamentti, joka soveltuu mekaanisiin osiin, autokomponentteihin ja kohteisiin, joissa tarvitaan optista läpinäkyvyyttä. Se on myös hygroskooppinen ja vaatii korkeammat tulostuslämpötilat sekä lämmitetyn alustan. PC on joustaa hieman enemmän kuin akryyli, mutta vähemmän kuin Nylon.
Monet ns PC-filamentit ovat seoksia sillä puhdas PC vaatii hyvien tulosteiden saamiseksi jopa 120°C kammiolämpötilan. Alemmissa lämpötiloissa tulostaessa PC:n jää sisäisiä jännitteitä jotka heikentävät materiaalin iskunkestävyyttä. Jälkikäsittelyllä uunissa saadaan kyseiset jännitykset pois ja saavutetaan materiaalin todelliset ominaisuudet.
Ominaisuudet:
- Vahvuus: Erittäin korkea
- Joustavuus: Keskikokoinen
- Kestävyys: Erittäin korkea
- Tulostuslämpötila: 270–310 °C
- Tulostusalustan lämpötila: 90–110 °C
Nylon (PA)
Nylon eli Polyamidi Yksi teollisuuden suosituimmista muoveista. Sen yhdistelmä joustavuutta, vahvuutta, kestävyyttä ja pientäkitkakerrointa on johtanut nylonin suosioon. Filamenttina Nylonia yleisesti kahta eri lajia saatavilla PA6 ja PA12 erona näilla on että PA6 on hieman jäykempää ja sitkeämpää, kun taas PA12 tarjoaa paremman kemikaalien ja kosteuden kestävyyden sekä alhaisemman kutistumis prosentin, mikä tekee siitä helpomman tulostaa suurissa osissa. Tyypillisesti nylonia käytetään teollisuudessa hammaspyörissä, laakereissa sekä kiinnikkeissä. Harrastetasolla nylon on suosittu materiaali auton konepellin alle tuleviin osiin, moottoripyörien katteisiin, sekä monialaiseen mekaanista rasitusta kestäviin osiin.
Nailonin tulostaminen on hieman haasteellista sen huonosta tarttuvuudesta alustaa sekä sen vääntyilystä mikäli tulostusasetukset eivät ole kohdallaan. PA tulostaessa olisi hyvä olla lämmitetty kammio sekä jotakin liima-ainetta tulostusalustalle.
Ominaisuudet
- Vahvuus: Korkea
- Joustavuus: Korkea
- Kestävyys: Korkea
- Tulostuslämpötila: 240–260 °C
- Tulostusalustan lämpötila: 70–100 °C
- Kutistuminen/vääntyminen: Kohtalainen
- Käyttökohteet: Mekaaniset osat, prototyypit, saranat, hammaspyörät, urheiluvälineet
Sunlu PA6 mekaaniset ominaisuudet
PPS (Polyfenyleenisulfiidi)
PPS on korkean suorituskyvyn filamentti, jota käytetään pääasiassa teollisuudessa. Se kestää erinomaisesti korkeita lämpötiloja, kemikaaleja ja UV-säteilyä. PPS on lähes huokosetonta ja itsestään voitelevaa, mikä tekee siitä erinomaisen materiaalin kestäville, kulutusta ja kemikaaleja kestäville osille.
PPS-filamentin tulostus vaatii erityisen korkean suutin- ja alustan lämpötilan sekä lämmitetyn kammion. PPS:ssä voidaan tulostaa joko suoraan oikeassa kammion lämpötilassa 120°C+ tai noin 60°C jolloin täysien mekaanisten ja lämmönkesto ominaisuuksien saavuttaminen vaatii jälkilämpö käsittelyä uunissa.
PPS:ää käytetään mm. sähkö komponenteissa, auton osissa ja kemiallisissa säiliöissä, joissa muut filamentit eivät kestä.
Ominaisuudet:
- Vahvuus: Erittäin korkea
- Joustavuus: Matala–keskitasoinen
- Kestävyys: Erittäin korkea, kemikaalien ja kuumuuden kestävyys
- Tulostuslämpötila: 280–350 °C
- Tulostusalustan lämpötila: 100–140 °C
- Käyttökohteet: Teollisuuskäyttö, kemialliset säiliöt, lämpöä kestävät osat
Täytteet
Filamentteihin lisätään monesti jauhettuna kuituja vahvistamaan filamenttia ja vähentämään tulosteen vääntymistä ja parantamaan pinnan laatua. On myös filamentteja joihin on lisätty täytteenä aineita täysin visuaalista syistä, nämä filamentit ovat hieman ns raakaa versiota huonompia ominaisuuksiltaan.
Hiilikuitu
Hiilikuituvahvisteiset filamentit (PLA, PETG, Nylon) ovat erittäin jäykkiä, kevyitä ja kestäviä. Ne soveltuvat rakenteellisiin ja mekaanisiin osiin, joissa tarvitaan lujuutta ja tarkkaa muotoa. Ne kuluttavat suuttimia ja vaativat kovempaa tai päällystettyä suutinta.
Lasikuitu
Lasikuitu on ominaisuuksiltaan melkein vastaava hiilikuituun. Suurimpana erona näiden kahden kuidun välillä on hiilikuidun pieni sähkönjohtavuus sekä lasikuitu täytteisten filamenttien parempi saatavuus useassa värissä.
Puu
Puu-PLA on PLA:han sekoitettua puukuitua, joka antaa tulosteille luonnollisen puumaisen ulkonäön. Se sopii erityisesti koriste-esineisiin ja malleihin, joissa esteettisyys on tärkeämpää kuin mekaaniset ominaisuudet. Puufilamentti kuluttaa suuttimia enemmän ja vaatii tarkkuutta tulostuslämpötilassa.
Metalli
Metalli filamentti on PLA:n tai ABS:n ja metallijauheen seos, joka antaa tulosteille aitojen metalliesineiden ilmeen ja tuntuman. Kuitenkaan metallijauheella täytetyllä filamentitlla ei saavuteta metallin muita ominaisuuksia kuin paino. Metalli täytteiset filamentit kuluttavat suuttimia enemmän ja sopivat esteettisiin ja kevyesti toiminnallisiin kohteisiin.
Pimeässä hohtavat
Pimeässä hohtaviin filamentteihin on pohjamouvin sekaan sekoitettu pimeässä hohtavaa jauhetta jolla saadaan aikaan pimeässä hohtaminen, pimeässä hohtavat filamentit kuluttavat suuttimia ja vaativat karkaistusta teräksestä valmistetun suuttimen.