Kan PLA-filament elektriciteit geleiden? Conductieve varianten & printuitdagingen

Wist je dat er filamenten zijn die eigenlijk elektriciteit kunnen geleiden? Hoewel ze misschien niet wijd bekend zijn, of daarvoor gebruikt worden, zijn er zeker conductieve filamenten die je kunt krijgen om een paar ongelooflijk interessante projecten te printen.

Nu is de vraag, hoe conductief is gewoon PLA en zijn er PLA-varianten die conductief zijn?

Ik beantwoord beide vragen in dit artikel, evenals welke problemen je kunt tegenkomen bij het printen met conductieve filamenten, welke filamenten je moet krijgen, en meer.

Dus, laten we beginnen!

Is PLA-filament conductief?

PLA valt in de categorie van niet-conductieve filamenten, omdat het een weerstand heeft in de orde van 10¹⁶ Ωm, vergelijkbaar met de meeste andere kunstsoorten, wat het een uitstekend elektrisch isolatiemateriaal maakt zolang het in een vaste toestand (koud) is. Eenmaal verwarmd, zal PLA zacht worden en meer conductief worden en niet langer veilig om als isolatiemateriaal te gebruiken.

Polymelkzuur (PLA) is een biologisch afbreebair thermoplast, en zoals ik net zei, kan het een uitstekende elektrische isolator zijn in het bereik van kamertemperatuur tot ongeveer 70 °C. Je kunt PLA gebruiken voor elektrische isolatiebehoeftes, omdat de weerstand en doorlaagsterkte - tot 70 °C - vergelijkbaar is met laagdichtheid polyethyleen (LDPE) en andere op petroleum gebaseerde polymere, wat het extreem niet-conductief maakt in de vaste toestand.

Dat gezegd hebbende, het probleem met het gebruik van PLA in elektrische toepassingen als isolator is dat de elektrische geleiding ervan sterk afhankelijk is van temperatuur; bij temperaturen boven de glasovergangstemperatuur Tg (70 °C), neemt PLA's elektrische geleiding significant toe.

De reden hiervoor is dat PLA overgaat in een rubberen toestand bij temperaturen boven de Tg, wat leidt tot een plotselinge en significante stijging in de elektrische geleiding door de micro-Browniaanse beweging van de moleculaire ketens.

Omdat PLA zijn isolerende eigenschappen verliest met de stijging van temperatuur, is het niet raadzaam om het in hoge-warmte-genererende elektrische toepassingen te gebruiken, aangezien het tot kortsluiting kan leiden. Echter, PLA is perfect geschikt voor gebruik met lage-spanning en lage-warmte toepassingen.

Zijn er conductieve filamenten?

Een beperkt bereik aan conductieve filamenten is momenteel beschikbaar en wordt snel populairder onder de DIY-community. Maak je niet te veel opgewonden, op dit moment zijn deze filamenten alleen geschikt voor gebruik in eenvoudige circuits en kleine elektronische projecten, maar je kunt ze nog steeds gebruiken om nuttige en spannende dingen te maken, variërend van 3D-modellen versierd met ingesloten LEDs tot auto-bedniveleringssensoren.

De meest populaire en, voor zover ik weet, nuttige conductieve filament is Protopasta's Conductieve PLA. Het heeft een weerstand van 15 Ohm per centimeter, wat het geschikt maakt voor het verbinden van eenvoudige elektronische componenten, zoals sensoren, knoppen, LED-lichten, en anderen.

Conductieve PLA-filamenten worden doorgaans gevormd door grafene, gegrafitiseerde koolstof en andere additieven toe te voegen, die de geleidbaarheid van normaal PLA verhogen. Ze zijn alleen geschikt voor lage-spanningscircuits waar spanning en stroom onder de 60 volt en 100 mA respectievelijk blijven, maar deze limieten kunnen variëren tussen verschillende filamente types en merken.

Er zijn meerdere merken die deze typen filamenten produceren, waar ik straks op inga, weet gewoon dat deze typen conductieve filamenten ver meer duur zijn en je niet toelaten om complexe schakelingen of zoiets te maken.

Hoe conductief zijn deze filamenten?

Niet alle filamente types en merken die er buiten zijn, zijn even conductief, dus let goed op de elektrische weerstandswaarde van het filament voordat je besluit het te kopen.

De weerstand van een elektrische geleider is slechts een maat voor hoe goed het materiaal de stroom weerstaat. Het wordt gemeten in Ωcm en is omgekeerd evenredig met geleidbaarheid; hoe lager de weerstand, hoe meer conductief het materiaal zal zijn.

Gelukkig is al deze informatie beschikbaar op de filamentrol of de site van de fabrikant.

Conductieve 3D-prints hebben een fascinerend gedrag en zijn over het algemeen niet gelijk conductief in elk vlak, aangezien ze continu langs de X- en Y-as worden geprint, maar langs de Z-as worden de lagen op elkaar geëxtrudeerd, wat betekent dat er minder contactoppervlak zal zijn, en daarmee, minder geleidbaarheid langs de Z-as dan langs de X- en Y-as.

In essentie, als het aankomt op de oriëntatie van een print, wil je er zeker van zijn dat het in de juiste oriëntatie geprint wordt, zodat de delen die het meest conductief moeten zijn, meer algeheel contactoppervlak hebben.

Voorbeelden van conductieve filamenten

Conductieve PLA Proto-Pasta Filament: is een PLA-gebaseerd filament met een weerstand van 15 ohm.cm en beschikbaar in diameters van 1,75mm en 2,85mm. Het vereist een printtemperatuur van 195-225ºC en bedtemperatuur van 50-60ºC.

Electrifi Conductief Filament: is een proprietair metaal-polymercomposiet dat voornamelijk bestaat uit een biologisch afbreebair polyesters (waarschijnlijk PLA) en koper. Het kost $196,00 per 100 gram en heeft een weerstand van 0,006 Ω.cm. Het is beschikbaar in diameters van 1,75mm en 2,85mm. Het vereist een printtemperatuur van 130-160 ºC en bedtemperatuur van 50-60ºC.

SUNLU ABS Conductief Filament: is een ABS-gebaseerd filament dat $40,01 per 1 KG kost. Het is alleen beschikbaar in 1,75mm diameter. Het vereist een printtemperatuur van 220-240 ºC en bedtemperatuur van 20-120ºC.

AMOLEN Conductieve Zwart PLA Filament: is PLA-gebaseerd filament dat $22,99 per 200 gram kost. Het heeft een weerstand van 1,42 Ω.cm en is alleen beschikbaar in 1,75mm diameter. Het vereist een printtemperatuur van 220-250ºC en bedtemperatuur van 0-50ºC.

Toepassingen van conductieve filamenten

Conductieve filamenten hebben ons in staat gesteld om lichte, duurzame en flexibele lage-spanningselektrische circuits te ontwikkelen, wat beschouwd wordt als een doorbraak op het gebied van draagbare elektronica, aangezien 3D-geprinte flexibele elektrische sensoren naadloos in kleding geïntegreerd kunnen worden, bijvoorbeeld.

Conductieve filamenten kunnen ook nuttig zijn in de telecommunicatiesector voor het printen van hoogst aangepaste elektromagnetische en radiofrequentie schilden, filters, antennes en andere componenten. Industriële en wetenschappelijke laboratoria en gezondheidsinstellingen kunnen profiteren van het gebruik van 3D-geprinte EMI en RF schilden tegen concurrerende signalen die gevoelige apparatuur defect kunnen maken.

Ingenieurs, Makers en DIY-enthousiastelingen kunnen conductieve filamenten gebruiken om verschillende typen circuits, capacitieve sensoren van elke vorm voor industriële en technische toepassingen, toetsenborden, gamecontrollers, en spannende Arduino-projecten te maken.

Onthoud gewoon dat conductieve filamenten niet gebruikt kunnen worden voor hoge-spanning of hoge-warmte toepassingen, aangezien ze zullen smelten en kortsluiten.

Gratis prints om conductieve filamenten te testen

Enige heel creatieve mensen vonden manieren om conductieve filamenten te gebruiken om een paar geweldige 3D-prints te maken, sommige meer functioneel dan andere duidelijk, maar verbeelding is de grens hier.

• Batterijtester.
• Zaklamp.
• Geëlectriseerde Terminator.

Als je geïnteresseerd bent in het vinden van meer geniale 3D-prints ontworpen om met conductief filament geprint te worden, check dan dit artikel op Hackday of gebruik onze eigen zoekmachine om bestanden te vinden om te printen.

Problemen bij het printen met conductief filament

Kortsluitingsproblemen: Zoals ik eerder zei, is PLA's glasovergangstemperatuur ongeveer 70°C, wat betekent dat zodra het die temperatuur bereikt, het zacht wordt en meer conductief, wat kan leiden tot kortsluiting. In essentie, gebruik geen conductieve PLA tenzij je weet dat het nooit in de buurt van die temperaturen komt.

Conductieve filamenten zijn abrasief: Conductieve PLA is doorgaans geïmpregneerd met koolstof en dit geeft het de conductieve eigenschappen, maar het wordt extreem abrasief op de extruderneus. Als je een messing neus gebruikt, zul je hem waarschijnlijk vervangen na het printen van slechts 500g filament.

Neusverstoppingen: Conductieve filamenten zijn moeilijker te printen, wat betekent dat de printsnelheid verlaagd moet worden terwijl de neustemperatuur verhoogd moet worden om verstoppingen te voorkomen.

Conclusie

Conductieve filamenten zijn een van de leukste toevoegingen aan de 3D-printwereld, zelfs als ze niet echt daadwerkelijke koperen bedrading kunnen vervangen. Maar als je een gamecontroller, een zaklamp, of zelfs die Terminator-kop met LED-licht die ik eerder linkte wilt maken, dan is conductief filament de weg om te gaan.

Onthoud gewoon om het wijs te gebruiken en elektrische kortsluiting te vermijden!

Ik hoop dat deze informatie nuttig was!

Fijn dag!

Bekijk onze aanbevolen producten sectie

We hebben een aanbevolen producten sectie gemaakt die je in staat stelt de gokken te elimineren en de tijd die je besteedt aan onderzoeken welke printer, filament of upgrades je moet kopen te verminderen, aangezien we weten dat dit een ontmoedigende taak kan zijn die meestal leidt tot veel verwarring.

We hebben slechts een handvol 3D-printers geselecteerd die we goed achten voor beginners, gevorderden en zelfs experts, wat de keuze makkelijker maakt, en de filamenten en upgrades die vermeld staan, zijn allemaal door ons getest en zorgvuldig geselecteerd, zodat je weet dat welke je ook kiest, zal werken zoals bedoeld.