FDM 3D-afdrukmaterialen vergeleken

Inleiding

Het kiezen van het juiste type materiaal om een ​​bepaald object te printen wordt steeds moeilijker, aangezien de 3D-printmarkt regelmatig de opkomst van radicaal nieuwe materialen ziet. In FDM 3D Printing
waren PLA en ABS historisch gezien de twee belangrijkste gebruikte polymeren, maar hun aanvankelijke dominantie was meestal toevallig, dus er mogen geen grote belemmeringen zijn voor andere polymeren om een ​​sleutelrol te spelen in de toekomst van FDM .

We zien nu nieuwe producten populairder worden, zowel pure polymeren als composieten. In deze studie richten we ons op de belangrijkste pure polymeren die momenteel op de markt zijn:PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (Flexibel) en PC. We vatten de belangrijkste verschillen tussen hun eigenschappen samen in snapshotprofielen, zodat gebruikers snel een beslissing kunnen nemen over het beste polymeer dat ze voor hun toepassing kunnen gebruiken.

Methodologie

Materialen worden meestal ingedeeld in 3 categorieën:mechanische prestaties, visuele kwaliteit en proces. In dit geval splitsen we deze categorieën verder op om een ​​duidelijker beeld te krijgen van de eigenschappen van het polymeer. De materiaalkeuze hangt echt af van wat de gebruiker wil printen, daarom hebben we de belangrijkste beslissingscriteria opgesomd die nodig zijn om een ​​materiaal te kiezen (behalve kosten en snelheid):

• Eenvoudig afdrukken: Hoe gemakkelijk het is om een ​​materiaal te printen:bedadhesie, maximale printsnelheid, frequentie van mislukte prints, stroomnauwkeurigheid, gemakkelijke invoer in de printer enz.
  
• Maximum stress: Maximale spanning die het object kan ondergaan voordat het breekt wanneer er langzaam aan wordt getrokken.
  
• Verlenging bij breuk: Maximale lengte dat het object is uitgerekt voordat het breekt.
  
• Schokbestendigheid: Er is energie nodig om een ​​voorwerp met een plotselinge impact te breken.
  
• Laaghechting (isotropie): Hoe goed is de hechting tussen materiaallagen. Het is gekoppeld aan "isotropie" (=uniformiteit in alle richtingen):hoe beter de laaghechting, hoe isotroper het object zal zijn.
  
• Hittebestendigheid: Maximale temperatuur die het object kan verdragen voordat het zacht wordt en vervormt.
  
  

We bieden ook aanvullende informatie die niet in het diagram is opgenomen, om een ​​van de volgende twee redenen:

• Ze zijn in wezen niet "goed" of "slecht"; het zijn gewoon eigenschappen die geschikt zijn voor sommige toepassingen en niet voor andere, zoals stijfheid.
  
• We hebben er geen goede kwantitatieve beoordeling van, maar we weten dat het een belangrijke factor is, zoals vochtbestendigheid of toxiciteit.
  

Resultaten

Elk materiaal is gerangschikt volgens de volgende criteria op een schaal van 1 (laag) tot 5 (hoog). Dit zijn relatieve cijfers voor het FDM-proces - ze zouden er heel anders uitzien als rekening werd gehouden met andere productietechnologieën. Met behulp van de gegevens van Optimatter zijn de polymeren gerangschikt volgens de verschillende overwogen criteria:

Laat uw onderdelen bedrukken in deze materialen:

PLAABSPETNylonTPU

PLA

PLA is het gemakkelijkst te printen polymeer en biedt een goede visuele kwaliteit. Het is erg stijf en eigenlijk best sterk, maar is erg broos.

ABS

ABS wordt meestal gekozen boven PLA wanneer een hogere temperatuurbestendigheid en een hogere taaiheid vereist zijn.

HUISDIER

PET is een iets zachter polymeer dat goed afgerond is en interessante extra eigenschappen bezit met weinig grote nadelen.

Nylon

Nylon heeft geweldige mechanische eigenschappen en vooral de beste slagvastheid voor een niet-flexibel filament. Laaghechting kan echter een probleem zijn.

TPU

TPU wordt meestal gebruikt voor flexibele toepassingen, maar de zeer hoge slagvastheid kan ook voor andere toepassingen worden gebruikt.

PC

PC is het sterkste materiaal van allemaal en kan een interessant alternatief zijn voor ABS omdat de eigenschappen vrij gelijkaardig zijn.

Conclusie

Het kiezen van het juiste polymeer is van cruciaal belang om de juiste eigenschappen voor een 3D-geprint onderdeel te krijgen, vooral als het onderdeel een functioneel gebruik heeft. Dit artikel helpt gebruikers het juiste materiaal te vinden, afhankelijk van de eigenschappen die ze nodig hebben. Materiaalleveranciers leveren echter ook vaak mengsels of voegen additieven toe om de eigenschappen van het zuivere polymeer te wijzigen (bijvoorbeeld door koolstofvezel toe te voegen om het materiaal stijver te maken). We behandelen deze complexere formuleringen niet in dit artikel, maar u kunt gegevens over sommige van deze producten vinden in onze optimalisatietool op OptiMatter.

Disclaimer

• De cijfers in dit artikel zijn voor een gemiddeld polymeer dat de algemene chemie weergeeft, maar de prestaties zijn afhankelijk van het daadwerkelijke product of de leverancier waarvan de gebruiker koopt.
  
• Alle gegevens die ten grondslag liggen aan onze cijfers in dit onderzoek, zijn gemeten met 3D-materie, met uitzondering van hittebestendigheid, waarvoor we de glastemperatuur hebben gebruikt die is gegeven door meerdere leveranciers van filament.
  
• Voor de secties die 'Aanvullende overwegingen' worden genoemd, gebruiken we een combinatie van beoordelingen van derden en onze eigen observaties.
  
• Het nylontype dat we in dit artikel bespreken is Nylon 6, niet Nylon 11 of 12.
  
• De visuele kwaliteit wordt getest zonder noemenswaardige nabewerking. Er zijn manieren om de afdrukken glad te maken en de visuele kwaliteit van een bepaald polymeer aanzienlijk te verbeteren (bijvoorbeeld door acetondamp op ABS te gebruiken).
  
• De toxiciteit van 3D-printpolymeren is nog steeds niet erg goed begrepen en is een factor die in de toekomst mogelijk een grotere rol gaat spelen. We baseren onze opmerkingen over toxiciteit op een onderzoek van Azimi et al. [1]
  
  

[1] Azimi et al, Emissies van ultrafijne deeltjes en vluchtige organische stoffen van in de handel verkrijgbare driedimensionale desktopprinters met meerdere filamenten, milieuwetenschap en -technologie, 2016

Hartelijk dank aan 3D Matter voor het delen van dit materiaalonderzoek met onze community.