Flex 3D-printfilament uitgelegd: Materialen, eigenschappen & expertgids

Wat is Flex 3D-printen?

Flex 3D-printen is de term gebruikt om 3D-printprocessen te beschrijven die flexibele filamenten gemaakt van TPE's gebruiken om onderdelen laag voor laag te creëren. Verschillende typen flexibele filamenten kunnen in 3D-printen worden gebruikt, elk met eigen voor- en nadelen. Het meest voorkomende flexibele 3D-printfilament is thermoplastisch polyurethaan (TPU). Echter, thermoplastisch copolyester (TPC), thermoplastisch polyamide (TPA) en "zacht polylactic acid (PLA)" zijn ook gangbaar.

Volgens een onderzoekartikel gepubliceerd door SVOA Materials Science and Technology, vereist TPE-verwerking 25-40% minder energie dan thermohardende gevulcaniseerde rubberen. Bovendien kunnen sommige flexibele 3D-printfilamenten vaak verwerkt en gerecycled worden, wat helpt afval en vervuiling te verminderen en petroleumbronnen te behouden. Flex 3D-printen is uitgegroeid als een solide alternatieve productiemethode voor elastomere onderdelen naarmate klanten meer gespecialiseerde en op maat gemaakte producten vragen. Zie onze gids over 3D-printen voor meer informatie.

Wat is de samenstelling van Flex filament?

Flex 3D-printfilamenten zijn gemaakt van TPE's en hebben dus elasticiteitseigenschappen vergelijkbaar met gekruiste rubberen terwijl ze de verwerkingseigenschappen van thermoplasten behouden. Verschillende flexibele filamenten worden mogelijk gemaakt door de verschillende plasticmaterialen die vrijkomen tijdens de raffinage van olie. Tijdens het raffinageproces wordt naptha gecombineerd met katalysatoren en andere chemicaliën in een polymerisatiereactor om gewenste kunststoffen te creëren. Het proces resulteert in plastic granulaten samengesteld uit TPE's zoals TPU, TPC, TPA en zacht PLA (afhankelijk van de chemicaliën gebruikt tijdens polymerisatie). Deze TPE-granulaten worden vervolgens gesmolten en geëxtrudeerd om flexibele filamenten te vormen voor gebruik in FDM 3D-printen.

Wat zijn de eigenschappen van Flex filament?

De eigenschappen van flex filamenten variëren afhankelijk van het specifieke materiaal. Sommige filamenten, zoals TPU, zijn elastischer dan andere, zoals TPC. De algemene eigenschappen van flex filamenten zoals TPU, TPC, TPA en zacht PLA worden hieronder beschreven:

1. Zacht en flexibel vergeleken met thermoplastische filamenten.
2. Uitstekende elasticiteit vergeleken met thermoplastische filamenten zoals PLA of ABS.
3. Uitzonderende slijt-, impact-, chemische en elektrische weerstand.
4. Goede thermische en omgevingsstabiliteit.

Vergelijking van Flex filament eigenschappen

Een head-to-head vergelijking van eigenschappen tussen flex filamenten en meer conventionele ABS filamenten wordt in Tabel 1 hieronder getoond:

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

Ondanks de veelvoordelen, is een van de grootste beperkingen van 3D-printen met flex filamenten dat onderdelen moeilijk te printen kunnen zijn. Flexibele filamenten neigen ertoe printkoppen te verstopen of te verstoppen. Bovendien kan retractie tijdens het printen onvoldoende zijn, wat leidt tot stringing en soms dimensionaal onjuiste onderdelen. Daarbij kan de elastische aard van deze filamenten ertoe leiden dat ze bukken of glijden bij het gebruik van Bowden-extruders. Vergeleken met conventionele filamenten zoals ABS of PLA, vereisen prints die flex 3D-printfilamenten gebruiken meer fijn-afstelling en optimalisatie in de ontwerpfase.

Waarom wordt Flex gebruikt in 3D-printen?

Flexibele filamenten zijn gemeenschappelijk omdat 3D-printers onderdelen veel sneller kunnen creëren dan andere TPE-productiemethoden. Traditioneel worden TPE-gebaseerde onderdelen gemaakt via injectiegieten en extrusie. Hoewel deze processen grote hoeveelheden onderdelen in snelle opvolging kunnen produceren, zijn ze duur om te toolen en vereisen vaak maanden aan levertijd. 3D-printers kunnen snel flexibele prototypes maken tegen een fractie van de toolingkosten. Deze capaciteit baant de weg voor complete, op maat gemaakte onderdelen die significant sneller gemaakt kunnen worden dan met traditionele fabricagemethoden.

Hoe gebruik je Flex in 3D-printen?

Het gebruik van flex 3D-printfilamenten is een geweldige manier om elastische onderdelen snel te bouwen. De flexibele aard van deze filamenten vereist echter dat gebruikers aandacht besteden aan de configuratie-instellingen van hun printer. De optimale instellingen voor een specifieke printjob met flexibele filamenten hangen af van het TPE-materiaal en de toepassing van het onderdeel. Hieronder staan enkele algemene vereisten voor het printen van TPE-filamenten:

1. Stel een bedtemperatuur in gebaseerd op de aanbeveling van de materiaalfabrikant.
2. Gebruik een lijmstift, schildersband of haarspray voor bedadhesie.
3. Gebruik een direct drive extruder in plaats van een Bowden extruder.
4. Gebruik een koelventilator tijdens het printen.

Hoewel de bovenstaande items een algemene set principes zijn voor het printen met flex filamenten, verschilt elk materiaal iets. Sommige projecten kunnen verlangen dat je afwijkt van de standaardaanbevelingen.

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

In het algemeen moeten gebruikers printsnelheden en retractie-instellingen balanceren met extruder- en bedtemperaturen om ervoor te zorgen dat het onderdeel met de juiste afmetingen uitkomt. In Tabel 2 hieronder worden aanbevolen printerinstellingen getoond voor verschillende TPE-materialen:

Het printen van de eerste laag van een job is vaak het meest kritieke punt van een print. Bij het printen met flexibele filamenten, gebruik Kapton's band, schildersband, Magigoo, DimaFix of andere adhesives om goede bedadhesie vanaf het begin van de print te waarborgen. Eenmaal de eerste laag voltooid, kunnen gebruikers retractie-instellingen fijn-afstellen om druipen van het warme einde van de extruder te voorkomen. Om optimale retractie-instellingen te vinden, moeten gebruikers eerst retractie uitschakelen om de ideale snelheid te vinden, dan de retractie-afstand incrementeel verhogen om de ideale instelling te ontdekken. Wees voorzichtig om niet te snel te printen, want het materiaal kan de uitstootmond makkelijk verstopen.

Wat is de beste Flex 3D-printsnelheid?

Omdat flexibele filamenten geneigd zijn te buigen, verstopen en bukken als ze in de extruder worden gevoerd, kan een langzamere printsnelheid je vriend zijn. Deze problemen kunnen onnodige vertragingen veroorzaken aan printjobs en kunnen schadelijk zijn voor de dimensionale nauwkeurigheid en kwaliteit van het onderdeel. Het beste compromis tussen snelheid en kwaliteit ligt meestal tussen 30-40 mm/s. De optimale printsnelheid hangt echter af van het gebruikte filament. Raadpleeg de richtlijnen van de filamentfabrikant voor een algemeen idee van waar de initiële snelheden ingesteld moeten worden.

Wat is de smelttemperatuur van Flex filament?

De smelttemperatuur zal variëren op basis van het materiaal. In het algemeen ligt de smelttemperatuur van flex filamenten tussen 210-260 °C. Oververhitting van flex filamenten kan ertoe leiden dat ze stringen en uit de uitstootmond uitlopen tijdens het printen. Deze stringing veroorzaakt out-of-spec en slecht-kwaliteit onderdelen.

Is een verwarmd printbed vereist bij het printen met Flex?

Ja, een verwarmd bed is meestal vereist, maar de temperatuur hangt af van het materiaal en het specifieke onderdeel. Sommige flex 3D-printfilamenten, zoals TPC, TPA en zacht PLA, vereisen verwarmde bedden terwijl TPU geprint kan worden met of zonder een verwarmd bed.

Wat is een goede wanddikte voor 3D-printen met Flex?

Flexibele filamenten vereisen doorgaans dikke onderdewanden dan die van gewone kunststoffen. Bijvoorbeeld, onderdewanden gemaakt van TPU moeten meestal ten minste 2,0 mm dik zijn. Ontwerp dikke wanden in je onderdelen als je van plan bent flexibele 3D-printfilamenten te gebruiken.

Wat is een goede wanddichtheid voor 3D-printen met Flex?

Wanden op 3D-geprinte onderdelen hebben twee hoofdonderdelen: de shell en de invulling. De shell is de massieve buitenwanden van het onderdeel, terwijl de invulling bestaat uit wat er tussen de buitenoppervlakken zit. Invulling wordt vaak geconstrueerd als een rooster om structurele sterkte tegen gewicht en materiaalgebruik te balanceren. Invuldichtheden kunnen zo laag als 0% (hol) of zo hoog als 100% (massief). Flex filamenten kunnen functioneren met elke dergelijke dichtheid, hoewel hogere invuldichtheden de algehele flexibiliteit van het onderdeel zullen verminderen.

Veelgestelde vragen over Flex 3D-printen

Is Flex filament biologisch afbreekbaar?

Ja en nee. Sommige flex filamenten, zoals TPU en zacht PLA, zijn biologisch afbreekbaar en decomponeren in een paar jaar. Andere, zoals TPC en TPA, zijn het niet en kunnen eeuwen duren om te decomponeren.

Is Flex filament herbruikbaar?

Ja en nee. Sommige flexibele filamenten, zoals TPU en zacht PLA, zijn herbruikbaar en kunnen vaak hergebruikt worden. Andere, zoals TPC en TPA, kunnen maar één keer verwerkt worden door een 3D-printer.

Is Flex filament hygroscopisch?

Ja, flex filamenten zijn hygroscopisch. Alle TPE's hebben een hoge graad van hygroscopiciteit en zullen knetteren en sissen als ze verhit worden als ze te veel vocht geabsorbeerd hebben. Daarom moeten flexibele filamenten correct opgeslagen of gedroogd worden voor gebruik.

Wat is het verschil tussen Flex en PLA in 3D-printen?

Flexibele filamenten zijn samengesteld uit TPE's die een hoge graad elasticiteit en uitstekende mechanische, thermische, elektrische en omgevings-eigenschappen hebben. PLA is een rigide, hoge-sterkte plastic afgeleid van natuurlijke bronnen zoals suikerrriet en maïs. PLA kan in flexibele "zacht PLA" gemaakt worden door het PLA-polymer te combineren met TPE-componenten.

Wat is het verschil tussen Flex en ABS in 3D-printen?

Flex 3D-printfilamenten zijn gemaakt van TPE's die uitzonderlijk flexibel zijn en verbazingwekkende mechanische, thermische, elektrische en omgevings-eigenschappen hebben. ABS is een petroleum-gebaseerd plastic dat uitstekende mechanische eigenschappen heeft, iets flexibeler en duktiler is dan PLA, en een van de goedkoopste filamenten op de markt is.

Dean McClements

Dean McClements is een B.Eng Honors-afgestudeerde in Werktuigbouwkunde met meer dan twee decennia ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke rollen bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep begrip ontwikkelde van engineeringprocessen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements