Flex 3D-printfilament uitgelegd:materialen, eigenschappen en deskundige gids

Wat is Flex 3D-printen?

Flex 3D-printen is de term die wordt gebruikt om 3D-printprocessen te beschrijven waarbij gebruik wordt gemaakt van flexibele filamenten gemaakt van TPE's om onderdelen laag voor laag te creëren. Er kunnen verschillende soorten flexibele filamenten worden gebruikt bij 3D-printen, waarbij elk type zijn eigen voor- en nadelen heeft. Het meest voorkomende flexibele 3D-printfilament is thermoplastisch polyurethaan (TPU). Thermoplastisch copolyester (TPC), thermoplastisch polyamide (TPA) en “zacht polymelkzuur (PLA)” komen echter ook vaak voor. 

Volgens een onderzoeksartikel gepubliceerd door SVOA Materials Science and Technology vereist de verwerking van TPE 25-40% minder energie dan de thermohardende gevulkaniseerde rubbers. Bovendien kunnen sommige flexibele 3D-printfilamenten vele malen worden verwerkt en gerecycled, waardoor afval en vervuiling worden verminderd en aardoliebronnen worden behouden. Flex 3D-printen is naar voren gekomen als een goede alternatieve productiemethode voor elastomere onderdelen, omdat klanten meer gespecialiseerde en op maat gemaakte producten eisen. Raadpleeg 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 die vergelijkbaar zijn met verknoopte rubbers, terwijl ze de verwerkingseigenschappen van thermoplasten behouden. Verschillende flexibele filamenten worden mogelijk gemaakt door de verschillende plastic materialen die vrijkomen als olie wordt geraffineerd. Tijdens het raffinageproces wordt nafta gecombineerd met katalysatoren en andere chemicaliën in een polymerisatiereactor om de gewenste kunststoffen te creëren. Het proces resulteert in plastic pellets die zijn samengesteld uit TPE's zoals TPU, TPC, TPA en zacht PLA (afhankelijk van de chemicaliën die tijdens de polymerisatie worden gebruikt). Deze TPE-pellets worden vervolgens gesmolten en geëxtrudeerd om flexibele filamenten te vormen die kunnen worden gebruikt bij FDM 3D-printen.

Wat zijn de eigenschappen van Flex-filament?

De eigenschappen van flexfilamenten variëren afhankelijk van het specifieke materiaal. Sommige filamenten, zoals TPU, zijn elastischer dan andere, zoals TPC. De algemene eigenschappen van flexfilamenten zoals TPU, TPC, TPA en zacht PLA worden beschreven in de onderstaande lijst:

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

Vergelijking van Flex-filamenteigenschappen

Een onderlinge vergelijking van de eigenschappen tussen flexfilamenten en meer conventionele ABS-filamenten wordt weergegeven in Tabel 1 hieronder:

Tabel 1:Vergelijking van TPU versus TPA versus ABS

Eigenschap TPU (Flex-filament) TPA (Flex-filament) ABS (conventioneel filament)

Eigendom

Sterkte

TPU (Flex-filament)

Goed

TPA (Flex-filament)

Goed

ABS (conventioneel filament)

Beste

Eigendom

Duurzaamheid

TPU (Flex-filament)

Hoog

TPA (Flex-filament)

Hoog

ABS (conventioneel filament)

Hoog

Eigendom

Flexibiliteit

TPU (Flex-filament)

Hoog

TPA (Flex-filament)

Hoog

ABS (conventioneel filament)

Minimaal

Eigendom

Biologisch afbreekbaar

TPU (Flex-filament)

Ja

TPA (Flex-filament)

Ja

ABS (conventioneel filament)

Nee

Eigendom

Recyclebaar

TPU (Flex-filament)

Ja

TPA (Flex-filament)

Nee

ABS (conventioneel filament)

Ja

Eigendom

Hygroscopisch

TPU (Flex-filament)

Ja

TPA (Flex-filament)

Ja

ABS (conventioneel filament)

Ja

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

Ondanks de vele voordelen is een van de grootste beperkingen van 3D-printen met flexfilamenten dat onderdelen moeilijk te printen kunnen zijn. Flexibele filamenten hebben de neiging de printspuitmondjes vast te lopen of te verstoppen. Bovendien kan het terugtrekken tijdens het afdrukken onvoldoende zijn, wat leidt tot vastlopende en soms onjuiste afmetingen van onderdelen. Bovendien kan de elastische aard van deze filamenten ervoor zorgen dat ze knikken of wegglijden bij gebruik van Bowden-extruders. Vergeleken met conventionele filamenten zoals ABS of PLA vereisen prints die gebruik maken van flex 3D-printfilamenten meer verfijning en optimalisatie in de ontwerpfase.

Waarom wordt Flex gebruikt bij 3D-printen?

Flexibele filamenten zijn gebruikelijk omdat 3D-printers veel sneller onderdelen kunnen maken dan andere TPE-productiemethoden. Traditioneel worden op TPE gebaseerde onderdelen gemaakt via spuitgieten en extrusie. Hoewel deze processen snel achter elkaar grote hoeveelheden onderdelen kunnen produceren, zijn ze duur in het gebruik en vergen ze vaak maanden aanlooptijd. 3D-printers kunnen snel flexibele prototypes maken tegen een fractie van de gereedschapskosten. Deze mogelijkheid maakt de weg vrij voor het aanzienlijk sneller maken van complete, op maat gemaakte onderdelen dan mogelijk zou zijn met traditionele fabricagemethoden.

Flex gebruiken bij 3D-printen

Het gebruik van flexibele 3D-printfilamenten is een geweldige manier om snel elastische onderdelen te bouwen. De flexibele aard van deze filamenten vereist echter dat gebruikers goed letten op de configuratie-instellingen van hun printer. De optimale instellingen voor een bepaalde printopdracht met flexibele filamenten zijn afhankelijk van het TPE-materiaal en de toepassing van het onderdeel. Hieronder vindt u enkele algemene vereisten voor het printen van TPE-filamenten:

1. Stel een bedtemperatuur in op basis van de aanbevelingen van de materiaalfabrikant.
2. Gebruik een lijmstift, schilderstape of haarlak om het bed te hechten.
3. Gebruik een extruder met directe aandrijving in plaats van een Bowden-extruder.
4. Gebruik een koelventilator tijdens het afdrukken.

Hoewel de hierboven genoemde items een algemene reeks principes zijn voor het printen met flexfilamenten, verschilt elk materiaal enigszins. Bij sommige projecten kan het nodig zijn dat u afwijkt van de standaardaanbevelingen. 

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

Over het algemeen moeten gebruikers de afdruksnelheden en terugtrekinstellingen in evenwicht brengen met de extruder- en bedtemperaturen om ervoor te zorgen dat het onderdeel met de juiste afmetingen naar buiten komt. In Tabel 2 hieronder worden aanbevolen printerinstellingen weergegeven voor verschillende TPE-materialen:

Tabel 2:Flex Filament 3D-printerinstellingen

Printerinstellingen TPU TPC TPA Zacht PLA

Printerinstellingen

Extrudertemperatuur

TPU

210-230 ℃

TPC

220-260 ℃

TPA

220-230 ℃

Zacht PLA

220-235 ℃

Printerinstellingen

Bedtemperatuur

TPU

Omgeving-60 ℃

TPC

60-110 ℃

TPA

30-60 ℃

Zacht PLA

100 ℃

Printerinstellingen

Afdruksnelheid

TPU

5-30 mm/s

TPC

5-30 mm/s

TPA

5-30 mm/s

Zacht PLA

10-30 mm/s

Het afdrukken van de eerste laag van een taak is vaak het meest kritische punt van een afdruk. Gebruik bij het printen met flexibele filamenten Kapton's tape, schilderstape, Magigoo, DimaFix of andere lijmen om vanaf het begin van de print een goede hechting aan het bed te garanderen. Zodra de eerste laag is voltooid, kunnen gebruikers de terugtrekkingsinstellingen nauwkeurig afstemmen om kwijlen aan het hete uiteinde van de extruder te voorkomen. Om optimale intrekkingsinstellingen te vinden, moeten gebruikers eerst de intrekking uitschakelen om de ideale snelheid te vinden, en vervolgens de intrekkingsafstand stapsgewijs vergroten om de ideale instelling te ontdekken. Zorg er echter voor dat u niet te snel afdrukt, omdat het materiaal de spuitmond gemakkelijk kan verstoppen.

Wat is de beste Flex 3D-printsnelheid?

Omdat flexibele filamenten gevoelig zijn voor buigen, vastlopen en knikken wanneer ze in de extruder worden ingevoerd, kan een lagere printsnelheid uw beste vriend zijn. Deze problemen kunnen onnodige vertragingen bij afdruktaken veroorzaken en kunnen schadelijk zijn voor de maatnauwkeurigheid en kwaliteit van het onderdeel. Het beste compromis tussen snelheid en kwaliteit ligt meestal tussen 30-40 mm/s. De optimale printsnelheid is echter afhankelijk van het filament dat wordt gebruikt. Raadpleeg de richtlijnen van de fabrikant van het filament voor een algemeen idee van waar de beginsnelheden moeten worden ingesteld.

Wat is de smelttemperatuur van Flex-filament?

De smelttemperatuur varieert afhankelijk van het materiaal. Over het algemeen ligt de smelttemperatuur van flexfilamenten echter tussen 210-260 °C. Als je flexfilamenten te veel verhit, kunnen ze tijdens het printen gaan snoeren en uit de spuitmond sijpelen. Deze bespanning veroorzaakt onderdelen die niet aan de specificaties voldoen en van slechte kwaliteit zijn. 

Is een verwarmd printbed vereist bij het printen met Flex?

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

Wat is een goede wanddikte voor 3D Printing Flex?

Flexibele filamenten vereisen doorgaans dikkere deelwanden dan die van gewone kunststoffen. Zo moeten deelwanden van TPU doorgaans minimaal 2,0 mm dik zijn. Ontwerp dikke muren in uw onderdelen als u van plan bent flexibele 3D-printfilamenten te gebruiken.

Wat is een goede wanddichtheid voor 3D Printing Flex?

Wanden op 3D-geprinte onderdelen bestaan uit twee hoofdonderdelen:de schaal en de vulling. De schaal bestaat uit de massieve buitenmuren van het onderdeel, terwijl de vulling bestaat uit wat zich tussen de buitenoppervlakken bevindt. Infill wordt vaak geconstrueerd als een rooster om de structurele sterkte in evenwicht te brengen met het gewicht en materiaalgebruik. Infill-dichtheden kunnen zo laag zijn als 0% (hol) of zo hoog als 100% (massief). Flex-filamenten kunnen met een dergelijke dichtheid functioneren, hoewel hogere infill-dichtheden de algehele flexibiliteit van het onderdeel zullen verminderen.

Veelgestelde vragen over Flex 3D-printen

Is Flex-filament biologisch afbreekbaar?

Ja en nee. Sommige flexfilamenten, zoals TPU en zacht PLA, zijn biologisch afbreekbaar en vallen binnen een paar jaar uiteen. Anderen, zoals TPC en TPA, zijn dat niet en het kan eeuwen duren voordat ze zijn afgebroken.

Is Flex-filament recyclebaar?

Ja en nee. Sommige flexibele filamenten, zoals TPU en zacht PLA, zijn recyclebaar en kunnen vele malen hergebruikt worden. Anderen, zoals TPC en TPA, kunnen slechts één keer door een 3D-printer worden verwerkt. 

Is Flex-filament hygroscopisch?

Ja, flexfilamenten zijn hygroscopisch. Alle TPE's hebben een hoge mate van hygroscopie en zullen bij verhitting knallen en sissen als ze te veel vocht hebben opgenomen. Daarom moeten flexibele filamenten vóór gebruik correct worden bewaard of gedroogd.

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

Flexibele filamenten zijn samengesteld uit TPE's met een hoge mate van elasticiteit en uitstekende mechanische, thermische, elektrische en omgevingseigenschappen. PLA is een stijf, zeer sterk plastic dat is afgeleid van natuurlijke bronnen zoals suikerriet en maïs. PLA kan worden gemaakt tot flexibel “zacht PLA” door het PLA-polymeer te combineren met TPE-componenten. 

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

Flex 3D-printfilamenten zijn gemaakt van TPE's die uitzonderlijk flexibel zijn en verbazingwekkende mechanische, thermische, elektrische en milieu-eigenschappen hebben. ABS is een op aardolie gebaseerde kunststof met uitstekende mechanische eigenschappen, is iets flexibeler en taaier dan PLA en is een van de goedkoopste filamenten op de markt. 

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements