Inzicht in magnetisch ijzer 3D-printfilament:materialen, eigenschappen en toepassingen

Wat is magnetisch ijzer 3D-printen?

Magnetisch ijzer 3D-printen is het gebruik van met ijzer gevulde plastic filamenten om 3D-onderdelen te printen die er metaalachtig uitzien. Het printen met dit filament gebeurt via een heel ander proces dan de technieken die worden gebruikt voor het printen van metaal in poedervorm, zoals DMLS en SLM, waarbij het bulkmetaalpoeder smelt en samensmelt om metalen onderdelen te bouwen. Daarentegen blijven afgewerkte onderdelen die zijn geprint met magnetisch ijzerfilament een plastic matrix met metalen vulstof. Hoewel onderdelen die zijn bedrukt met magnetisch ijzerfilament een metaalachtig uiterlijk hebben, zijn hun sterkte en duurzaamheid vrijwel hetzelfde als die van het oorspronkelijke PLA-polymeer. Onderdelen die met deze speciale filamenten zijn bedrukt, kunnen brozer zijn dan standaard PLA. Als u deze filamenten gebruikt om onderdelen te printen, worden afgewerkte onderdelen ferromagnetisch, wat betekent dat magnetische materialen eraan blijven kleven. Raadpleeg onze gids voor 3D-printen voor meer informatie.

Wat is de samenstelling van magnetisch ijzerfilament?

De samenstelling van magnetisch ijzer 3D-printfilament is afhankelijk van de filamentfabrikant. Over het algemeen bedraagt ​​het percentage magnetisch ijzer in een filament echter ongeveer 5-15% van het totale volume of gewicht van het filament. Het resterende volume- of gewichtspercentage omvat het thermoplastische basismateriaal. Hogere percentages ijzer leiden tot een meer metaalachtige afwerking en sterkere ferromagnetische eigenschappen, maar zullen resulteren in moeilijkere printopdrachten en broze onderdelen. Naast PLA, ABS en Nylon ook te vullen met ijzerpoeders om magnetische filamenten te maken.

Wat zijn de eigenschappen van magnetisch ijzerfilament?

Ondanks dat ze een metaalachtig uiterlijk hebben, hebben onderdelen die zijn bedrukt met magnetisch ijzerfilament niet veel kenmerken gemeen met echte metalen. De onderstaande lijst beschrijft enkele eigenschappen van magnetische ijzerfilamenten:

1. Ze produceren onderdelen met een metaalachtige glans.
2. Ze hebben ferromagnetische eigenschappen (ijzer en andere magnetische materialen worden aangetrokken door onderdelen die zijn geprint met magnetische ijzeren 3D-printfilamenten).
3. Ze hebben sterkte en eigenschappen (mechanisch, thermisch, elektrisch, chemisch, mate van biologische afbreekbaarheid en recycleerbaarheid) die meer lijken op het primaire thermoplastische matrixmateriaal dan op het toegevoegde metaal.
4. Ze hebben een dichtheid die ongeveer 1,5x hoger is dan die van het basispolymeerfilamentmateriaal.
5. De metaalpoederdeeltjes zijn schurend, waardoor de slijtage van het extrusiemondstuk van de printer toeneemt in vergelijking met het filament dat alleen uit plastic bestaat.
6. Het brug- en ondersteuningsvermogen is slecht vanwege de verhoogde dichtheid van het filament als gevolg van de ijzerpoeders.

Vergelijking van magnetische eigenschappen van ijzergloeidraden

Tabel 1 hieronder toont een vergelijking van enkele kenmerken van verschillende 3D-printfilamenten:

Tabel 1:Kenmerken van magnetisch, met ijzer gevuld PLA versus PLA versus ABS

Eigenschap Magnetisch, met ijzer gevuld PLA Standaard PLA ABS

Eigendom

Taaiheid

Magnetisch, met ijzer gevuld PLA

Laag

Standaard PLA

Basis

ABS

Hoog

Eigendom

Flexibiliteit

Magnetisch, met ijzer gevuld PLA

Minimaal

Standaard PLA

Sommige

ABS

Meer

Eigendom

Dichtheid

Magnetisch, met ijzer gevuld PLA

Tot 1,5 x basisfilament

Standaard PLA

Basis

ABS

Laag

Eigendom

Uiterlijk

Magnetisch, met ijzer gevuld PLA

Metaal

Standaard PLA

Glanzend

ABS

Glanzend

Eigendom

Mondstukslijtage tijdens het afdrukken

Magnetisch, met ijzer gevuld PLA

Hoger

Standaard PLA

Standaard

ABS

Standaard

Eigendom

Overbruggings- en ondersteuningsvermogen

Magnetisch, met ijzer gevuld PLA

Slecht

Standaard PLA

Goed

ABS

Goed

Eigendom

Biologisch afbreekbaar?

Magnetisch, met ijzer gevuld PLA

Ja

Standaard PLA

Ja

ABS

Nee

Wat zijn de beperkingen van 3D-printen met magnetisch ijzer?

Met metaal gevulde filamenten staan erom bekend dat ze moeilijk te printen zijn, en dit verschilt niet van magnetische ijzerfilamenten. De beperkingen van 3D-printen met magnetisch ijzer hebben betrekking op de printinstellingen en hun impact op de kwaliteit van het uiteindelijke onderdeel. Eén uitdaging is dat de fijne magnetische ijzerpoederdeeltjes in het filament de punt van het mondstuk afslijten, wat leidt tot versnelde slijtage. 

Een andere beperking zijn de slechte overbruggings- en overhangende ondersteuningsmogelijkheden van magnetische ijzerfilamenten. Deze beperking is te wijten aan de verhoogde dichtheid van het filament die het gevolg is van de toevoeging van metaalpoeders. 

Tenslotte kan de metaalpoederfractie tijdens het printen verstoppingen en vastlopen veroorzaken. Dit betekent dat printinstellingen zoals printsnelheden en -doorvoer, laagdiktes en terugtrekafstanden nauwkeurig moeten worden afgestemd en geoptimaliseerd om de beste instellingen voor een bepaalde print te vinden. Vergeleken met standaard filamenten, zoals PLA, vereisen magnetisch met ijzerfilament bedrukte onderdelen meer aandacht voor procesdetails om onderdelen met de gewenste kwaliteiten te verkrijgen.

Waarom wordt magnetisch ijzer gebruikt bij 3D-printen?

Magnetische ijzeren 3D-printfilamenten worden gebruikt bij 3D-printen om onderdelen te creëren die een metaalachtige uitstraling hebben zonder de noodzaak van een dure metalen 3D-printer of traditionele metaalproductieprocessen. Onderdelen met realistische metaalglans, zoals sculpturen, sieraden, ornamenten, rekwisieten en replica's, zijn enkele van de meest voorkomende toepassingen van magnetische ijzerfilamenten bij 3D-printen. Naast sier- en decoratieve onderdelen worden onderdelen die met deze filamenten zijn bedrukt, steeds vaker gebruikt in verschillende sensoren en actuatoren, kleine motoren en computeropslagapparaten. Hoewel het gebruik van magnetisch ijzer 3D-printfilamenten onderdelen kan creëren die op ijzer lijken, hebben deze onderdelen niet de fysieke of chemische eigenschappen van ijzer. In geen geval mag een onderdeel bedrukt met magnetische ijzerfilamenten worden gebruikt in plaats van een metalen onderdeel, tenzij het onderdeel niet-dragend of alleen esthetisch is. 

Hoe gebruik je magnetisch ijzer bij 3D-printen?

Printen met magnetische ijzerfilamenten kan een grotere uitdaging zijn dan printen met standaardfilamenten, maar het is niet onmogelijk. Hieronder vindt u enkele van de beste praktijken voor het gebruik van magnetisch ijzer bij 3D-printen:

1. Kleine ijzerpoeders in het filament kunnen messing mondstukken schuren en snel verslijten. Gebruik voor metaalgevulde filamenten een slijtvast mondstuk van gehard of roestvrij staal. Controleer regelmatig de slijtage van uw mondstuk.
2. Standaard mondstukken hebben een opening met een diameter van 0,4 mm. Metaaldeeltjes hebben de neiging om rond de opening te klonteren en te voorkomen dat de filamenten worden ingevoerd. Om klonteren rond de opening te voorkomen, gebruikt u een mondstuk met een grotere opening (0,5-0,6 mm).
3. Omdat met metaal gevulde filamenten een grotere dichtheid hebben dan standaard polymere filamenten, zijn ze zwaarder voor een filament van een bepaalde grootte. Dit verhoogde gewicht kan leiden tot het hangen of breken van het filament wanneer de printinstructies vereisen dat een opening wordt overbrugd of een overhang wordt afgedrukt. Als dit kan worden geholpen, vermijd dan het printen van onderdelen met bruggen of overhangen wanneer u magnetisch ijzer 3D-printfilament gebruikt.
4. Omdat met metaal gevulde filamenten broos zijn, kunnen ze gemakkelijk breken of barsten. Dit probleem kan optreden als het filamentafdrukpad te veel scherpe hoeken heeft tussen de spoel en de extruder. Om dit probleem op te lossen, minimaliseert u de afstand tussen de spoel en de extruder:hoe dichter de twee zijn, hoe beter. 
5. Metaalpoeders in het filament maken het voor de extruder moeilijk om gesmolten materiaal terug in de spuitmond te trekken tijdens het printen. Deze terugtrekking leidt tot klodders materiaal aan het begin en einde van een bepaald printsegment. Optimaliseer de intrekkingsinstellingen om intrekking te voorkomen.

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

Protoplant, Inc. produceert een populair magnetisch, met ijzer gevuld filament onder de merknaam Protopasta. Hoewel de printerinstellingen voor met metaal gevulde filamenten per fabrikant kunnen verschillen, kunnen de instellingen die Protopasta aanbeveelt voor hun magnetische, met ijzer gevulde PLA-filament als typisch worden beschouwd, en staan vermeld in Tabel 2 hieronder:

Tabel 2. Magnetische ijzeren 3D-printerinstellingen

Printerinstelling Waarde

Printerinstelling

Bedtemperatuur

Waarde

Omgevingstemperatuur tot 60 ℃

Printerinstelling

Mondstuktemperatuur

Waarde

185-215 ℃

Printerinstelling

Afdruksnelheid

Waarde

10-20 mm/s (eerste laag); 20-80 mm/s (rest van onderdeel)

Printerinstelling

Snelheid extruderventilator

Waarde

10-20% van het maximale toerental

Printerinstelling

Terugtrekken 

Waarde

Minimaal

Printerinstelling

Laaghoogte

Waarde

0,15-0,20 mm

Printerinstelling

Printbed

Waarde

Breng verdwijnlijm, schilderstape of PEI

aan

Wat is de beste 3D-printsnelheid met magnetisch ijzer?

De beste 3D-printsnelheden voor magnetische, met ijzer gevulde filamenten zijn 10-20 mm/s voor de eerste laag en 20-80 mm/s voor alle daaropvolgende lagen. Gebruik een lagere printsnelheid aan het begin van de print om de hechting aan het printbed te garanderen. Nadat de eerste laag is voltooid, moeten de printsnelheden worden verhoogd om verstoppingen en storingen in de spuitmond te voorkomen.

Wat is de smelttemperatuur van het magnetische ijzerfilament?

De smelttemperatuur van magnetisch ijzer 3D-printfilament is ongeveer hetzelfde als standaard PLA (180-190 ℃) voor Protopasta-filament, omdat alleen het plastic daadwerkelijk smelt - en niet de metaalpoeders. Omdat met metaal gevulde filamenten echter brozer zijn dan hun niet-gevulde tegenhangers, moeten mogelijk iets hogere temperaturen worden gebruikt om de brosheid te verminderen. 

Is een verwarmd printbed vereist bij het printen met magnetisch ijzer?

Nee, een verwarmd bed is niet nodig bij het printen met magnetische, met ijzer gevulde filamenten. Maar ze kunnen buitengewoon nuttig zijn. Hogere bedtemperaturen kunnen de hechting van het bed bevorderen, restspanningen in geprinte onderdelen helpen verminderen en kromtrekken helpen voorkomen. Bedden kunnen temperaturen hebben die overeenkomen met de omgevingstemperatuur of oplopen tot 60℃. 

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

Goede wanddiktes voor onderdelen die zijn bedrukt met magnetische ijzerfilamenten zijn vergelijkbaar met de wanddiktes voor hun primaire basisplastic. Voor magnetisch, met ijzer gevuld PLA wordt een wanddikte van 1,5 mm aanbevolen, waarbij 0,8 mm het absolute minimum is.

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

Een ‘goede’ infilldichtheid voor 3D-printen met magneetijzer komt neer op de gewenste eigenschappen van het uiteindelijke geprinte onderdeel. Er is een verband tussen de dichtheid van de muur of de vulling en de sterkte van de resulterende 3D-geprinte onderdelen. Als het handhaven van een hoge printsnelheid een probleem is, overweeg dan om een ​​lagere infill-dichtheid (15-50%) te gebruiken. Het verlagen van de vuldichtheid zal leiden tot onderdelen die mogelijk gemakkelijk kunnen buigen en breken vanwege de broosheid van met metaal gevulde filamenten, maar printen met hoge snelheden kan worden gebruikt om de geometrie en esthetiek van onderdelen snel te verifiëren. Overweeg het gebruik van een dichtere vulling (50-80%) voor functionele, duurzame onderdelen.

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

Het grootste verschil tussen puur PLA-printfilament en magnetisch, met ijzer gevuld PLA-filament is dat magnetisch, met ijzer gevuld PLA magnetisch is. Deze metaalpoeders leiden tot brozere onderdelen en printopdrachten die meer verfijning en aandacht vereisen dan standaard PLA-onderdelen. Magnetische, met ijzer bedrukte onderdelen kunnen een metaalachtig uiterlijk hebben en magnetische eigenschappen vertonen, maar behouden veel van dezelfde kenmerken en eigenschappen als standaard PLA.

Samenvatting

Dit artikel presenteerde magnetisch ijzeren 3D-printfilament, legde uit wat het is en besprak de verschillende factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het gebruik ervan bij 3D-printen. Neem voor meer informatie over magnetisch ijzer 3D-printfilament contact op met een vertegenwoordiger van Xometry.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D-printen en andere diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

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