Conductieve electronica maken met Filaflex 3D-printen

Heb je ooit gewild iets creëren met je 3D-printer dat elektronische componenten omvatte? Misschien sensoren, conductieve sporen of afscherming tegen radiofrequentiestoor?

De FFF/FDM conductieve filamenten voor 3D-printen zijn ontworpen voor gebruikers geïnteresseerd in het combineren van 3D-printen en electronica. Conductieve assemblages die schakelaars, potentiometers, LEDs, capacitieve touch-sensoren integreren... Al dit en nog veel meer is mogelijk dankzij hen.

Specifiek ontwikkeld om 3D-printen van elektronisch conductieve componenten mogelijk te maken, zijn conductieve filamenten materialen die heel makkelijk te printen zijn en compatibel met bijna elke FDM/FFF 3D-printer op de markt.

Toepassingen

De toepassingen zijn talrijk en gevarieerd, maar de volgende vallen met name op:

Sensoren

Het conductieve filament kan gebruikt worden om capacitieve (touch) sensoren te creëren die gebruikt worden in een breed scala elektronische producten die in het dagelijks leven gebruikt worden; Het is een uitstekend materiaal voor het ontwerp van mens-machine-interfaces (stylus-pennen voor mobiele telefoons en tablets).

Video 1: Aanwijzende pen. Bron: Proto-Pasta.

Capacitieve sensoren kunnen ook gebruikt worden om nabijheid, positie, vochtigheid, vloeistofniveaus en versnelling te meten.

Conductieve banen

Een andere toepassing van het conductieve filament is in de creatie van elektriciteit geleidende circuits voor gebruik in elektronica, wat in het geval van flexibele conductieve filamenten ook toepasbaar zal zijn op flexibele elektronica.

Afbeelding 1: Besturingscircuit. Bron: Recreus.

Traditioneel moesten 3D-printenthousiastelen om conductieve circuits aan hun creaties toe te voegen, onderdelen ontwerpen met de benodigde golven om koperdraad na het printen toe te voegen. Met het conductieve filament kan de bedrading simultaan geprint worden met het bouwproces van het stuk.

Afscherming tegen radiofrequentiestoor en elektromagnetische interferentie

De hoge conductiviteit die het conductieve filament biedt is niet alleen uitstekend voor 3D-geprinte circuits en sensoren, het is ook nuttig voor gebruik tegen EMI (Elektromagnetische Interferentie) en in heel belangrijke RF (Radiofrequentie) afschermingstoepassingen in een breed scala aan industrieën. EMI/RF-afscherming wordt gebruikt om het elektromagnetische veld en radiofrequente elektromagnetische straling binnen een ruimte te blokkeren; Het is belangrijk om EMI en RF-afscherming te gebruiken in ziekenhuis-, laboratorium- of luchtvaartomgevingen om te beschermen tegen concurrerende signalen, want deze kunnen leiden tot vals metingen van exclusieve apparatuur. EMI/RF-afscherming bereikt dit door AM, FM, TV, nood- en telefoonsignalen te blokkeren. Conductief filament is ideaal voor het ontwerpen van RF/EMI-schermen gebruikt in hoog gecustomiseerde items.

Tips voor gebruik

Ontworpen voor gebruik met prints bedoeld voor kamertemperatuurbewerking en voor gebruik in laagspanning, laagstroom projecten alleen (niet boven 12 volt), moeten conductieve filamenten vermeden worden voor voeding boven 100mA.

Printen met conductieve filamenten (PLA) is bijna zo makkelijk als printen met standaard PLA. Het is niet nodig om een 3D-printer met een verwarmde bed te hebben, hoewel als je er een hebt, aanbevolen wordt om de verwarmde bed op 50-60º C te gebruiken aangezien betere hechting verkregen wordt.

Mogelijke besmetting van het conductieve filament met vuil van handen of stof uit de omgeving moet zo veel mogelijk vermeden worden, dus wordt aanbevolen opslag in een droge plek en ver van deze en/of andere deeltjes. Het wordt ook aanbevolen om je handen voor en na gebruik te wassen en het met handschoenen te behandelen. De gebruiker moet langdurige blootstelling aan vocht vermijden.

Een nozzle wordt aanbevolen voor het printen van conductief filament van minimaal 0,4 / 0,5 mm. De 3D-printer nozzle moet altijd voor en na het gebruik van het filament gewassen worden om printcomplicaties te vermijden. Conductief filament heeft de neiging om aan messing nozzles te kleven, dus het wordt aanbevolen om het externe oppervlak van de nozzle voor het printen te reinigen met olie (technisch of huishoudelijk) of smeermiddel om de opbouw van het materiaal aan de buitenkant van de nozzle tijdens het printen te verminderen. Je kunt ook plastic-afstotende verf gebruiken.

Afbeelding 2: Plastic-afstotende verf. Bron: Sliceengineering.

De intrinsieke eigenschappen van het conductieve filament zijn dergelijk dat het niet onbeweeglijk in de extruder van de 3D-printer gelaten mag worden (terwijl niet printend) aangezien het kan uitdijen en verstopping van de nozzle veroorzaken (verstoppingen). Daarom moet na het printen het filament zo snel mogelijk uit de extruder verwijderd worden en reinigingsfilament gebruikt worden.

Afbeelding 3: Reinigingsfilament. Bron: Smart Materials.

Het is ook zeer belangrijk om bij de aanbevolen temperatuur te printen, aangezien als je bij een lagere temperatuur print, de viscositeit van de smelt niet optimaal zal zijn, dus het zal uijdijen en de nozzle verstopen; en in het geval van printen bij een hogere temperatuur, zal dit resulteren in een gedeeltelijke degradatie samen met een substantiële aggregatie van nanomaterialen wat ook nozzleverstoppingen produceert.

In het geval van een totale verstopping van de probeer de nozzle te ontstoppen door het te verwarmen tot 200ºC en probeer de verstopping met een koperdraad te verwijderen, of probeer ABS of PLA (harde filamenten) te smelten om het vastzittende materiaal mee te slepen, of in aceton te dompelen, etc. Als het probleem niet opgelost kan worden, zal het nodig zijn de nozzle te vervangen voor een nieuwe. Om dit te voorkomen, moeten alle bovenstaande adviezen in aanmerking genomen worden.

Aan de andere kant is het ook zeer belangrijk om de basis van de 3D-printer perfect nivellerd te hebben, anders zal een aanzienlijke hoeveelheid materiaal op het externe oppervlak van de nozzle accumuleren, wat, wanneer gesolideerd, de stroom van de smelt zal verstoppen. Daarom moet het externe oppervlak van de afgekoelde monding met alcohol gereinigd worden als dit gebeurt.

Conductieve filamenten op de markt

Conductieve PLA (Proto-Pasta): Met een verzachtingstemperatuur vergelijkbaar met PLA, is Proto-Pasta's conductieve filament flexibeler, maar heeft minder hechting tussen lagen. Haalbaar om elk element via een 1Kohm-weerstand te besturen, is het ideaal in laagspanningscircuits, digitale toetsenborden die lage conductiviteit vereisen, arduino, touch-sensoren, robotica en elektronica.

Koltron G1 grafeen filament (Addnorth): Gedopt met Aros Graphene, een grafeen ontwikkeld en gepatenteerd door het bedrijf Graphmatech en met een matrix gebaseerd op polyvinyldiene fluoride (PVDF), een geavanceerd plastisch materiaal dat uitstekende mechanische, chemische en thermische eigenschappen heeft, heeft het Koltron G1 filament een volumetrische resistiviteit van slechts 2 Ω-cm.

Filaflex Conductive (Recreus): Vervolgens zullen we nader ingaan op dit filament.

Filaflex Conductive (Recreus)

De Conductieve Filaflex is een flexibel TPU elastisch filament. Met een 92A hardheid bereikt het 100% rek bij breuk. Na rekken keert het terug naar zijn oorspronkelijke vorm, zonder te vervormen of te breken, met uitstekende mechanische eigenschappen. Het Filaflex Conductive filament biedt een volumetrische resistiviteit van ongeveer 3,9 Ω-cm, veel hoger dan die van andere conductieve filamenten.

Van de fabrikant zelf worden ons een reeks tips aangeboden die in staat zijn om eventuele vragen op te lossen die kunnen rijzen bij het printen met dit filament:

1. Geharde nozzle: Het is niet nodig om het met het Filaflex Conductive filament te gebruiken. Echter, in geval van intensief gebruik, zou het aanbevolen zijn om excessieve slijtage te vermijden.
2. Veiligheid: Printen met Conductieve Filaflex filament is volledig veilig en zal de printer niet beschadigen, maar om het in optimale condities te houden is het raadzaam de nozzle heel goed schoon te maken wanneer je klaar bent met printen met het filament. Zo zal elk type rest dat in de hotend gebleven kan zijn, verwijderd worden. X na het printen gebruiken is een extra stap die ook helpt bij de opschoning.
3. Conductief materiaal: Voor het filament conductief te zijn, informeert Recreus dat ze een speciale formulering gebruiken die roetstof bevat en dit element is wat de conductiviteit aan het Filaflex Conductive filament geeft.
4. Flexibiliteit: Na het printen met het filament gaat de kenmerkende elasticiteit niet verloren. Het resulterende eindstuk zal altijd flexibel en elektrisch conductief zijn, met zijn andere eigenschappen intact.
5. Shore-hardheid: Het heeft een Shore-hardheid 92A, wat het compatibel maakt voor gebruik in bijna elke printer (bowden inbegrepen).
6. Weerstand: Filaflex Conductive heeft een elektrische resistiviteit van ongeveer 3,9 Ω-cm, maar om de naleving van zijn functies te garanderen, moet de gebruiker in aanmerking nemen dat de weerstand verandert afhankelijk van de print. Bovendien moeten we ook de elektrische weerstand van het circuit in aanmerking nemen en niet vergeten dat het filament ontworpen is voor lage-stroom toepassingen.
7. Hechting tussen lagen: Vanwege de hoge koolstoflading zal de warmte heel snel gedissipeerd worden en de hechting van het stuk zal beïnvloed worden afhankelijk van de geometrie. Door sommige printparameters aan te passen (snelheid 20-25 mm/s, temperatuur 240-255 ºC, geen laagventilator gebruiken) zal de gebruiker in staat zijn om dergelijke snelle dissipatie op te lossen.

Video 2: Flexibiliteit en conductiviteit met Filaflex Conductive. Bron: Recreus.

Concluderend, conductieve filamenten zijn materialen specifiek ontworpen om 3D-printen van elektronisch conductieve componenten mogelijk te maken met behulp van bijna elke FDM/FFF 3D-printer beschikbaar op de markt, de mogelijkheden van additieve productie of 3D-printen uitbreidend en het pad van ontwikkeling naar commerciële toepassing te verkorten.