חומרים גמישים להדפסה בתלת-ממד

מעבר כללי על TPE

מקור: ALL3DP

אלסטומרים הם תת-קבוצה של פולימרים שבדרך כלל רכים וגמישים יותר בהשוואה לחומרים שעולים בראש כשאנחנו חושבים על פלסטיק. זאת בשל הבדלים באופן שבו שרשראות פולימר המקיימות אינטראקציה זו עם זו.

בתרשים למעלה, אנו מכמתים את ההבדל בתכונות באמצעות מודול יאנג. ערך זה הוא היחס בין כמות הכוח המופעלת לבין כמות ההתעוותות של החומר, הידועה גם בשם מאמץ לעומת עומס. עבור חומרים גמישים שצריכים להימתח ולהתעוות, הם צריכים היות בקצה התחתון של מודול יאנג.

כמה תכונות מיוחדות של TPE כוללות את עמידות השחיקה המדהימה שלהם, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור יישומים בעלי שחיקה גבוהה - כמו סוליות נעליים. TPE גם אינם מוליכים חשמלית וניתן להשתמש בהם כגומי לבידוד מעגלים חשמליים.

מדד חוזק שור

מדד חשוב המשמש לסיווג פילמנטים גמישים הוא "חוזק שור" ((Shore Hardness. בניגוד למודול יאנג, חוזק שור אינה תלויה בגיאומטריה של החומר הנבדק ושימושית יותר לתאר במספר את "התחושה" של החומר.

חוזק שור מדרגת את עמידות החומר בפני התעקמות. כשחושבים על גומי, אפשר לדמיין לחיצה של האגודל על פני השטח ויצירת שקע קל שחוזר למצבו הרגיל כשמשחררים אותו. הטבלה למטה מציירת תמונה של סולם חוזק שור באמצעות כמה חומרים נפוצים.

מדד חוזק שור. מקור: ALL3DP

יש מבחר רחב של חוזק שור הזמינות בתוך פילמנטים גמישים, החל מ-60A בקצה התחתון ועד 75D בקצה הגבוה, כאשר הנפוץ ביותר הוא 95A. כנקודת ייחוס, ל-PLA יש חוזק שור של כ-80D ול-PETG הוא בדרך כלל כ-70D.

חוזק שור נמדדת באמצעות דורומטר Shore. כדאי לבחור בחומרים בעלי דורומטר נמוך יותר עבור יישומים שצריכים לחזור למקומם לאחר כיפוף שוב ושוב, כמו צירים או כיסוי סמארטפון. חומרים בעלי דורומטר גבוה יותר מתאימים יותר לחלקים שיהיו תחת לחץ מתמיד וצריכים לשמור על צורתם ועדיין להיות בעלי גמישות קלה, למשל שייבה קפיצית או בולם זעזועים.

חוויית ההדפסה 

אחד החסרונות העיקריים של פילמנטים גמישים הוא הקושי להדפיס בהם. בעיות כמו סתימות או בריחה מנתיב הפילמנטים של האקסטרודר דורשות המון כיול של המדפת בשביל למזער ולפתור אותם. בשל רכותם, פילמנטים יכולים להחליק מעבר לגלגלי השיניים של האקסטרודר אם הלחץ שם מפעילים על הפילמנטים אינו מכוון כראוי.

TPE נוטה גם ליצר המון חוטים בהדפסה, מה שמחייב כוונון עדין של הגדרות האקסטרודר בשביל לפתור זאת. עם זאת, משיכה אחורה רבה מדי עלולה לגרום לפלמנט להצטבר ולהיתקע. בעיה זו בולטת הרבה יותר באקסטרודר המורכב על גוף המדפסת מאשר על הראש, ולכן מומלץ מאוד להשתמש בהזנה ישירה לראש המדפסת בעת שימוש בפילמנטים גמישים כמו במדפסות פרוסה.

לבסוף, מומלץ לאחסן את TPE במיכל אטום עם חומר יבוש עד שיגיע הזמן להדפסה, בשל האופי ההיגרוסקופי של פילמנט TPE. מייבש פילמנטים יכול גם להיות שימושי לייבוש הפילמנט לפני ההדפסה.

 דוגמא למכשיר לייבוש פילמנטים מקור: ALL3DP

סוגי פילמנטים

ישנם המון סוגי פילמנטים, אך במאמר זה נסתכל על הסוגים הבאים:

• Thermoplastic polyurethane (TPU)
• Soft PLA
• Thermoplastic polyamide (TPA)
• Polyether block amide (PEBA)
• Thermoplastic copolyester (TPC)
• Thermoplastic styrene block copolymer (TPS)

TPU

פילמנט זה הוא הנפוץ ביוצר בהדפסה בתלת-ממד. הוא מבוסס פוליאוריטן אך מיוצר בצורה רכה יותר. השילוב של המיוחד של המאפיינים של TPU הפכו אותו לבחירה מצוינת למוצרים לתחום הספורט, שחוזק ואווריריות הם חשובים.

מאפיינים:

בהשוואה לפילמנטים אחרים, TPU עמיד יותר ולכן יותר קל להדפיסה.TPU  מיוצר ברמות שונות במדד חוזק שור,מ60A ואפילו עד 77D, לכן תוצאות ההדפסה יהיו שונות בהתאם לחוזק הפילמנט. בנוסף TPU מגיע במגוון צבעים כולל חצי שקוף, והוא גם יכל להיות משולב עם עוד חומרים כמו סיבי פחמן או זכוכית.

  מגנים לטלפון בהדפסה מ-TPU מקור: ALL3DP

(PLA רך) Soft PLA :

PLA רך, המכונה לעיתים PLA גמיש, הוא מונח כללי המתייחס ל-PLA מעורבב עם תוספות שמרככים אותו. בעוד ש-PLA טיפוסי הוא שביר למדי ויכול להתמודד עם התארכות של 5-10% בלבד לפני שהוא נשבר, PLA רך דוחף ערך זה הרבה מעבר ל-100%, תלוי בפורמולה. התנהגות אלסטית זו פירושה ש-PLA רך נופל לקטגוריית סיבי TPE, אך שימו לב שהוא שונה מ-TPU. 

מאפיינים:

בהשוואה לחומרים גמישים אחרים, PLA רך הוא במחיר סביר להפליא - תכונה שסביר להניח שעברה בירושה מ-PLA. PLA רך גם קל יותר להדפסה מאשר TPE, מכיוון שיש לו פרופיל הדפסה דומה מאוד ל-PLA רגיל. חלק מהפילמנטים אפילו אינן דורשות משטח הדפסה מחומם, אך מומלץ להשתמש בו לתוצאות אופטימליות.

PLA רך גמיש במיוחד ומושלם לצעצועים מהנים ושאר מוצרים. פילמנט זה יכול לעמוד בתקנים של פלסטיק בטוח למזון, בהתאם ליצרן, כך שזו יכולה להיות אופציה נהדרת להדפסת גאדג'טים למטבח. במדד החוזק שור הוא נמצא בדרך כלל ברמות בין 90-95A.

דוגמא לקופסאת כדורים לתוספי מזון לימות השבוע מPLA רך. מקור ALL3DP

TPA

TPA הוא המונח הכללי לפוליאמידים (דמויי ניילון) המשולבים כימית עם אלסטומרים (פולימרים רכים). אחד הפולימרים הרכים הנפוצים ביותר המשמשים הוא פוליאתרים לייצור סוג של פילמנטים הנקראים PEBAs, אותם נסקור בסעיף הבא. עם זאת, תכונות TPA יכולות להיות רחבות, אך רכיב הניילון המשותף מספק כמה מאפיינים ייחודיים.

ל-TPAs יש תכונות רבות הקשורות לניילון, כמו עמידות בפני שחיקה ויציבות כימית. בהשוואה לניילון, TPAs ​​פחות צפופים וגמישים יותר. זה הופך אותם לשימושיים עבור פריטים כמו שלבים עבור רובוט מודפס בתלת-ממד.פילמנטים מTPA נופלים בצד הקשה יותר של מדד שור, בדרך כלל בין 70A ל-95A. למרות שהם ניתנים למעט כיפוף, חומרי TPA ישמרו על צורתם וייתכן שלא יימתחו טוב במיוחד. פילמנט TPA הם אחד החומרים העמידים ביותר לטמפרטורות מבין סוגי הפילמנטים הגמישים. ספיגת לחות פחות נפוצה, אך עדיין מומלץ לשמור בקופסא יבשה.

מגן יד מודפס מTPA מקור:ALL3DP

PEBA

PEBA (פוליאתר בלוק אמיד), פילמנט תרמופלסטי מבוסס אמיד, הוא סוג של TPA. האיזון המצוין שלו בין עמידות וגמישות הופך אותו לצורה הפופולרית ביותר של TPA בשוק. ל-PEBA מאפיינים פיזיקליים דומים לגומי סיליקון וניתן להשתמש בו במקומו במקרים רבים. בתעשייה מנצלים את עמידותו הגבוהה לפגיעות ואת צפיפותו הנמוכה לשימוש בציוד ספורטיבי כמו מגפי סקי. הוא גם נהדר עבור ציפויי בידוד חוטי חשמל והגנה כללית על מוצרי אלקטרוניקה בזכות תכונותיו האנטי-סטטיות ועמידות בפני טמפרטורה גבוה. 

PEBA נמצא במרכז או בחלק התחתון מעט של מדד חוזק שור, בדרך כלל סביב 75A עד 90A. הפילמנט ישאר גמיש בטמפרטורות נמוכות מאוד, עד 60- מעלות צלזיוס. זה מה שהופך את PEBA למושלם עבור ציוד ספורט חורף שצריך לפעול בסביבות קרות במיוחד.

 סולית נעל מודפסת PEBA. מקור:ALL3DP

TPC

קופוליאסטר תרמופלסטי (TPC) הוא אלסטומר מבוסס פוליאסטר הנחשב לחומר ברמה הנדסית, מה שעשוי להסביר מדוע הוא פחות נפוץ בעולם הדפסת התלת-ממד בקרב החובבים. אבל אם אתם מחפשים פילמנט גמיש שעמיד גם בפני תנאי חוץ, TPC עשוי להיות שווה חיפוש. ל-TPC יש את רוב התכונות הנפוצות שנמצאות ב-TPE אחרים, כמו גמישות ועמידות בפני שחיקה, אך עם כמה יוצאים מן הכלל. אחד מהם הוא עמידותו לטמפרטורות גבוהות יותר - עד 120 מעלות צלזיוס! זה מאפשר לו לשמור על תפקודו בסביבות עבודה חמות למדי, כמו במנוע של רכב. יתר על כן, TPC מפגין עמידות מצוינת לקרינת UV, שמן, מים ונוזלים אחרים.

גלגלים למכונית צעצוע מ-TPC מקור:ALL3DP

TPS

קופולימרים תרמופלסטיים מסטירן (TPS) נמצאים בשימוש בהמון דברים רכים למגע כמו ידיות לכלי יד, כמו גם אטמים ואטמים. מבנה ה-TPS משלב מקטעי פוליסטירן, חומר שאתם עשויים להכיר, מכיוון שהוא מורכב ממוצרי צריכה רבים כמו אריזות וקצף. כפילמנט גמיש, TPS הוא קל משקל, רך וגמיש תוך שמירה על עמידות ועמידות בפני מים וכימיקלים. ייתכן שתראו גם TPS המכונה SBS (סטירן-בוטדיאן-סטירן) או SEBS (סטירן-אתילן/בוטדיאן-סטירן). למרות ששם זה מצביע על הבדלים קלים בהרכב הכימי של הפולימרים, הוא דומה מאוד לTPS רגיל, אך לא ניכנס לכך במאמר זה לעומק.

TPS הוא חומר רך במיוחד בעל תכונות דמויות גומי. משמעות הדבר היא שהוא מתאים ביותר לשימוש עבור יישומים הדורשים אחיזה רכה או עמידות לכוחות דחיסה, אך אינו אידיאלי עבור אלו הדורשים מתיחה משמעותית. במדד חוזק שור פילמנט TPS נע בדרך כלל בין 70A ל-90A. בנוסף TPS מעולה עבור דברים שיבואו במגע עם העור, הודות להיותו לא רעיל ועמיד בפני שמן, מים וכימיקלים אחרים. TPS יכול להיות עמיד גם בפני קרינת UV, במיוחד בהרכב של SEBS. זה הופך את TPS לבחירה טובה עבור יישומים חיצוניים או כל דבר שייחשף לאור שמש ישיר.

 כיסוי למד חום אלקטרוני בהדפסת TPS. מקור:ALL3DP 

אנו מקווים שלאחר כל הדברים שנכתבו כאן, יהיה לכם יותר קל לבחור ולהחליט באיזה סוג פילמנט להשתמש בהדפסות, רוב החומרים ניתן למצוא אצלנו בחנות במחירים מעולים ובאיכות הגבוה ביותר!.

מאמר זה תורגם ועובד ברשות מ ALL3DP