Nylon 3D-printfilament:materialen, eigenschappen en praktische toepassingen

Er zijn ongeveer 50 verschillende soorten nylon, maar ze zijn niet allemaal geschikt voor 3D-printen; het is oorspronkelijk ontworpen als textielvezel. Wallace H. Carothers, een onderzoeker bij DuPont, ontdekte het voor het eerst in 1935 toen hij probeerde de eerste volledig synthetische vezel te maken. Sindsdien is nylon voor vele doeleinden gebruikt, van panty's tot hoogwaardige onderdelen die worden gebruikt in de bouw, de automobielsector en zelfs de lucht- en ruimtevaart. Laten we er meer over leren.

Wat is nylon 3D-printen?

Nylons zijn een familie van semikristallijne thermoplastische polyamiden met vergelijkbare samenstellingen. Het wordt gemaakt via een proces dat condensatiepolymerisatie wordt genoemd, waarbij twee verschillende monomere uitgangsmaterialen – een diamine en een dizuur – met elkaar reageren om het polymeer te vormen, waarbij een bijproduct zoals water of HCl ontstaat. Maar elke soort nylon heeft een iets andere productiemethode. Met Nylon 6,6 als voorbeeld wordt dit gedaan door een condensatiereactie tussen twee veel voorkomende grondstoffen, hexamethyleendiamine en adipinezuur. Een alternatieve methode is ringopeningspolymerisatie, waarbij caprolactam wordt gebruikt als grondstof voor de productie van Nylon 6. Iets verderop vind je meer details over de verschillende nylons en hoe ze worden gemaakt.

Nylon wordt al meer dan twintig jaar gebruikt bij 3D-printen; in filamentvorm wordt het gebruikt met fused deposition modeling (FDM)-printers, en als poeder is het geschikt voor selectieve lasersintering (SLS) en multi jet fusion (MJF)-processen. De onderstaande afbeelding toont een onderdeel gemaakt op een 3D-printer met nylonfilament.

Je hebt misschien gehoord dat nylon een moeilijk materiaal is om mee te werken, en dit is geen leugen. Het probleem met nylon is dat het hygroscopisch is, wat betekent dat het vocht uit de lucht absorbeert. Dit maakt het gevoelig voor kromtrekken, met een slechte laaghechting en een inconsistente printkwaliteit als het niet goed is gedroogd voordat het wordt afgedrukt. 

Het goede nieuws is dat de toevoeging van glas- en koolstofvezels de meeste van deze problemen wegneemt en tegelijkertijd de mechanische eigenschappen verbetert. Nylon koolstofvezelfilament wordt gemaakt door korte koolstofvezelstrengen in nylon te mengen voordat het tot een filament wordt geëxtrudeerd. Deze vezels stabiliseren het materiaal en voorkomen dat het kromtrekt tijdens het printen. Het nog betere nieuws is dat tot 25% van het nylonfilamentvolume uit deze vulstoffen kan bestaan. In combinatie met de juiste vulmiddel- en printerinstellingen kan nylon worden gebruikt om sterke, duurzame en functionele onderdelen te maken voor slijtvaste toepassingen. 

Voordelen

• Flexibel
• Stoer
• Slijtvast
• Bestand tegen alkaliën, oliën, brandstoffen en organische oplosmiddelen
• Betere schokbestendigheid dan andere technische thermoplasten (d.w.z. PETG of ABS)
• Meer UV-bestendig dan PLA of ABS (nog beter als UV-stabilisatoren worden toegevoegd)
• Recyclebaar

Nadelen

• Heeft de neiging krom te trekken tijdens het printen en los te laten van het printbed
• Is hygroscopisch en absorbeert dus gemakkelijk vocht voor en na het afdrukken, wat tot defecten kan leiden
• Niet zo sterk als andere filamenten, zoals PETG of ABS
• Niet biologisch afbreekbaar
• Niet bestand tegen halogenen en anorganische zuren

Toepassingen

• Katrolschijven
• Versnellingen
• Bevestigingsmiddelen
• Kabel- en ritssluitingen
• Plastic gespen
• In droge buitenomgevingen

Wat is de samenstelling van nylonfilament?

Nylons zijn een familie van semikristallijne thermoplastische polyamiden met vergelijkbare samenstellingen. Nylon wordt over het algemeen gesynthetiseerd via een proces dat bekend staat als condensatiepolymerisatie. Tijdens dit proces worden twee verschillende monomere uitgangsmaterialen, een diamine en een dizuur, met elkaar gereageerd om het polymeer en een bijproductmolecuul zoals water of HCl te vormen. Nylon 66 wordt bijvoorbeeld gemaakt door een condensatiereactie uit twee veel voorkomende grondstoffen, hexamethyleendiamine en adipinezuur. Een alternatieve verwerkingsmethode, genaamd ringopeningspolymerisatie, gebruikt caprolactam als grondstof voor de productie van Nylon 6.

Nylon wordt vaak gecombineerd met koolstof- en glasvezels om de mechanische en thermische eigenschappen ervan te verbeteren. Tot 25% van het filamentvolume kan uit één van deze vulstoffen bestaan. 

Wat zijn de eigenschappen van nylonfilament?

Hieronder vindt u enkele veelvoorkomende eigenschappen van nylon 3D-printfilament:

1. Nylon heeft een uitstekende flexibiliteit en taaiheid en kan worden gebruikt in toepassingen die worden blootgesteld aan zware belastingsomstandigheden. 
2. Nylon heeft een goede slijtvastheid en wordt vaak gebruikt voor katrolschijven.
3. Nylon is uitstekend bestand tegen oliën, brandstoffen en organische oplosmiddelen.
4. Nylon heeft een uitstekende slagvastheid in vergelijking met gewone technische kunststoffen zoals ABS.

Vergelijking van nylonfilamenteigenschappen

Maar hoe verhoudt nylon zich tot andere populaire 3D-printfilamenten, zoals ABS, PETG en PP? We hebben alle belangrijke details in de onderstaande tabel gezet (Nylon 6 daar nogmaals voor het gemak).

Wat zijn de beperkingen van 3D-printen met nylon?

Afdrukken met nylon heeft enkele nadelen, zoals hieronder opgesomd:

1. Nylon heeft de neiging te kromtrekken tijdens het printen en kan loskomen van het printbed. 
2. Nylon absorbeert gemakkelijk vocht, zowel voor als na het printen. Vochtopname door het filamentmateriaal resulteert vaak in defecten in het bedrukte onderdeel.
3. Nylon is niet zo sterk als andere bedrukbare materialen zoals PETG en ABS.

Hieronder vindt u enkele voordelen van nylon 3D-printfilament:

1. Nylon heeft een uitstekende slijtvastheid en is ideaal voor katrollen en tandwielen.
2. Nylon heeft een uitstekende slagvastheid vergeleken met andere technische thermoplasten zoals PETG of ABS.
3. Nylon is UV-bestendiger dan PLA of ABS en kan worden gebruikt in droge buitenomgevingen. De UV-bestendigheid kan verder worden verbeterd door UV-stabilisatoren aan de grondstof toe te voegen.

Waarom wordt nylon gebruikt bij 3D-printen?

Nylon wordt gebruikt bij 3D-printen vanwege zijn taaiheid, chemische weerstand en slijtvastheid. Het is een moeilijk materiaal om mee te werken, maar het kan gebruikt worden om functionele onderdelen te printen. Nylon koolstofvezelfilament is een populair materiaal dat wordt gemaakt door korte koolstofvezelstrengen met nylon te mengen voordat het tot een filament wordt geëxtrudeerd. Deze vezels stabiliseren het materiaal, voorkomen kromtrekken tijdens het printen, verhogen de mechanische sterkte en verbeteren de thermische eigenschappen. 

Nylon gebruiken bij 3D-printen

Nylon 3D-printfilament is moeilijk te printen vanwege de neiging om te kromtrekken en vocht te absorberen. Als echter de juiste printerinstellingen worden gebruikt, is er geen reden waarom er geen uitstekende resultaten kunnen worden bereikt. Hieronder vindt u enkele tips voor het succesvol bedrukken van nylon:

1. Nylon neemt gemakkelijk vocht op. Deze eigenschap kan een nadelig effect hebben op het bedrukte onderdeel vanwege de porositeit die wordt veroorzaakt door uitzettende bellen kokend water terwijl het vocht kookt. Het is daarom belangrijk om filamentmateriaal luchtdicht te bewaren. Sommige containers kunnen het filament zelfs opslaan tijdens het printen, wat vooral handig is voor prints met een lange duur.
2. Nylon zal tijdens het printen kromtrekken als de printomgeving niet rond de 45 °C wordt gehouden. 

De hierboven genoemde tips voor 3D-printen met nylon zijn algemeen toepasbaar op alle nylon kunststoffen. Koolstofvezel-nylonfilament en glasgevuld nylonfilament kromtrekken echter niet zo gemakkelijk.

Wat zijn de beste configuratie-instellingen voor 3D-printen met nylon?

Zoals we al zeiden, is er met de juiste printerinstellingen en het juiste type nylon geen reden waarom u geen uitstekende resultaten kunt behalen. Hier zijn enkele van onze beste tips die algemeen toepasbaar zijn op alle nylon-plastic filamenten voor succesvol 3D-printen.

1. Eerst moet u ervoor zorgen dat uw printer is aangepast aan de beste instellingen voor dit materiaal. Hoewel de specifieke vereiste printerinstellingen afhankelijk zijn van de samenstelling van het nylon, volgen hier de algemene regels:

• Extruder-/spuitmondtemperatuur :230–260 °C
• Bedtemperatuur :60–70 °C
• Afdruksnelheid :30–70 mm/s (50 mm/s is ideaal voor de beste resultaten, vooral voor gedetailleerde onderdelen)
• Infilldichtheid :20% met een driehoekig invulpatroon (moet worden aangepast afhankelijk van de toepassing; dragende toepassingen kunnen 50-80% nodig hebben%)
• Beste wanddikte :1,5 mm (voor de meeste toepassingen; hangt af van het eindgebruik van het onderdeel)

2. Zoals je ziet is een verwarmd printbed een must als je met nylon werkt, zodat het niet kromtrekt en van het bed loskomt. Mogelijk moet je het echter ook voorbereiden met lijm.

3. Houd de printomgeving op ongeveer 45°C.

4. Gebruik koolstofvezel- of glasgevulde nylonfilamenten die niet zo gemakkelijk kromtrekken.

5. Bewaar je nylonfilament in een vochtvrije, luchtdichte verpakking. Sommige containers kunnen het filament zelfs opslaan tijdens het printproces, handig voor prints met een lange levensduur.

6. Dit geldt voor alle 3D-printmaterialen, maar speel eens met de verschillende snelheidsinstellingen totdat je de perfecte hebt gevonden. Elke printer- en materiaalcombinatie zal zich enigszins anders gedragen.

Veelgestelde vragen over nylon 3D-printfilament

Hoe verschilt nylon van andere plastic 3D-printfilamenten?

Nylon is slagvaster dan PETG en ABS, en een stuk taaier en flexibeler dan PLA. PLA is stijf en broos, met een slechte weerstand tegen vermoeidheid onder cyclische belasting, dus nylon wint die ronde. Net als nylon is ABS een moeilijk te printen materiaal, maar het is gemakkelijker te gebruiken dan nylon en heeft ook een betere treksterkte. Ook PETG is een stuk makkelijker om mee te printen en bovendien goedkoper dan nylon.

Is nylon recyclebaar?

Het moet worden gerecycled in industriële recyclingfaciliteiten. Nylon 6 is bijvoorbeeld beter recyclebaar dan Nylon 6,6, omdat het uit één molecuul bestaat. Hierdoor is het gemakkelijk te polymeriseren, terwijl Nylon 6,6 bestaat uit twee moleculen die moeilijk te scheiden zijn.

Waarom is vocht slecht voor 3D-prints?

Het bedrukte deel kan kapot gaan als er vocht in het materiaal is gekomen (en, zoals we hebben gezien, absorbeert nylon dit graag). Dit komt door de porositeit die wordt veroorzaakt door uitzettende bellen kokend water; Omdat het water tijdens het printen verdampt, kan het materiaal verzwakken.

Wat is de beste nylon 3D-printsnelheid?

Nylon kan worden geprint met snelheden tussen 30 en 70 mm/s, maar de optimale snelheid ligt meestal rond de 50 mm/s, vooral als er veel details nodig zijn in de print. Zoals bij elk 3D-printproces kan het nodig zijn om een ​​aantal verschillende snelheidsinstellingen uit te proberen totdat de optimale bedrijfssnelheid is bepaald. Elke printer/materiaalcombinatie gedraagt ​​zich iets anders. 

Wat is de smelttemperatuur van nylonfilament?

De smelttemperatuur van het nylonfilament bedraagt 188,4 °C. Koolstof- of glasgevulde nylon 3D-printfilamenten hebben smelttemperaturen die gelijk zijn aan de smelttemperaturen van hun basispolymeer.

Is een verwarmd printbed vereist bij het printen met nylon?

Ja, bij het printen met nylon is een verwarmd printbed vereist. Nylon is gevoelig voor kromtrekken en kan van het bed loskomen als het niet voldoende is voorbereid met lijm en verwarmd.

Wat is een goede wanddikte voor 3D-printen van nylon?

De optimale wanddikte voor het 3D-printen van nylon hangt af van het eindgebruik van het te printen onderdeel. Over het algemeen zal een wanddikte van 1,5 mm echter ideaal zijn voor de meeste toepassingen.

Wat is een goede wanddichtheid voor 3D-printen van nylon?

De optimale infilldichtheid voor een niet-functioneel prototype van een 3D-geprint nylononderdeel is 20%. Deze dichtheid moet echter worden aangepast afhankelijk van de beoogde toepassing. Voor dragende toepassingen kan een vullingsdichtheid tussen 50 en 80% nodig zijn. Voor de meeste toepassingen zal de standaard driehoekige vulling voldoende zijn.

Is nylon biologisch afbreekbaar?

Nee, net als de meeste andere grondstoffen en thermoplastische materialen van technische kwaliteit is nylon niet biologisch afbreekbaar.

Is nylon hygroscopisch?

Ja, nylon is hygroscopisch en absorbeert gemakkelijk vocht. Het wordt daarom aanbevolen om nylonfilamentmateriaal in een vochtvrije behuizing te bewaren.

Wat is het verschil tussen nylon en PLA bij 3D-printen?

PLA is een stijf en bros materiaal met een slechte weerstand tegen vermoeidheid. Nylon daarentegen is sterker, flexibeler en heeft een betere weerstand tegen vermoeidheid onder cyclische belasting.

Wat is het verschil tussen nylon en ABS bij 3D-printen?

Net als nylon is ABS een moeilijk materiaal om te printen. Het is echter gemakkelijker te gebruiken dan nylon. ABS heeft ook een betere treksterkte. Nylon is echter aanzienlijk slagvaster dan ABS.

Wat is het verschil tussen nylon en PETG bij 3D-printen?

PETG is niet zo schokbestendig als nylon> Het is echter veel gemakkelijker om mee te printen en goedkoper dan nylon.

Kat de Naoum

Kat de Naoum is een schrijver, auteur, redacteur en contentspecialist uit Groot-Brittannië met meer dan 20 jaar schrijfervaring. Kat heeft ervaring met schrijven voor verschillende productie- en technische organisaties en houdt van de wereld van engineering. Naast schrijven was Kat bijna tien jaar juridisch medewerker, waarvan zeven jaar in de scheepsfinanciering. Ze heeft voor veel publicaties geschreven, zowel print als online. Kat heeft een BA in Engelse literatuur en filosofie, en een MA in creatief schrijven aan de Kingston University.

Lees meer artikelen van Kat de Naoum