Nylon (neboli polyamid PA) je silný technický plast a široce používaný polymer v aditivní výrobě, známý svou odolností vůči teplu, otěru, tření a chemikáliím. Semikrystalická mikrostruktura nylonu poskytuje vynikající poměr tuhosti k pružnosti a může být kombinována nebo vylepšena s jinými materiály pro zlepšení jeho výkonu a vlastností. 3D tištěné nylonové díly lze použít v různých oblastech, od textilu přes lékařskou protetiku až po letecké díly.
Nylon se poprvé objevil v roce 1935 jako nylon 6.6. Vyvinul jej Wallace Carothers, který později pracoval ve společnosti DuPont. První nylonový materiál byl patentován v roce 1937 a uveden na trh v roce 1938 a dnes zůstává jedním z nejpoužívanějších plastových materiálů. Nylon se používá především v textilním průmyslu pro svou pružnost a odolnost. Poprvé byl použit při výrobě dámských punčoch v roce 1940. Jednou z nejzajímavějších vlastností tohoto materiálu i při 3D tisku je jeho pružnost. Nylon 6 naproti tomu původně vyrobil Paul Schlack v laboratoři IG Farben a patentoval jej v roce 1941. Všechny ostatní formy nylonu přišly později.
Kromě již zmíněných jsou v průmyslu široce používané dva typy nylonu: PA11 a PA12. Je zajímavé, že se nejen odlišují jedním atomem uhlíku, ale mají také velmi odlišný původ. PA11 je vyroben z ricinového oleje, přírodního obnovitelného zdroje, zatímco PA12 je vyroben z ropy. O původu nylonu a jeho dopadu na životní prostředí se hodně diskutuje. Pokud je k dispozici, uživatelé by zvolili PA11 před PA12 kvůli jeho dobrým vlastnostem pro předměty přicházející do styku s pokožkou. Nutno ale říci, že ani PA11 není úplně ekologický, většinou ho není kde recyklovat a tak se vyhazuje jako ostatní druhy plastů. Pokud jde o 3D tisk, je důležité si uvědomit, že nylon ve formě prášku lze znovu použít pro více tisků. Zejména je známo, že proces HP Multi Jet Fusion využívá polyamidy jako PA12 a PA11 a má vyšší míru využití ve srovnání s technologií SLS.
Výhoda
- tuhý a částečně pružný
- vysoká odolnost proti nárazu
- Žádný nepříjemný zápach při tisku
- Dobrá odolnost proti opotřebení
Nedostatek
- Snadno se deformuje
- Potřebujete vzduchotěsné skladování, abyste zabránili absorpci vody
- Nesprávné sušení spotřebního materiálu může způsobit vady tisku
- Nevhodné do vlhkého prostředí
Proč používat nylon jako materiál pro 3D tisk?
Ideální pro prototypové a funkční díly, jako jsou ozubená kola a nástroje, nylon může být zesílen uhlíkovými nebo skleněnými vlákny pro pevnost, což vede k lehkým dílům s vynikajícími mechanickými vlastnostmi. Nylon však není ve srovnání s ABS nijak zvlášť tuhý. Pokud tedy vaše součást vyžaduje tuhost, budete muset zvážit použití dalšího materiálu pro zpevnění vaší součásti.
Nylon má vysoký poměr tuhosti k pružnosti. To znamená, že při tisku tenkých stěn bude váš díl pružný a při tisku silných stěn bude díl tuhý. To je ideální pro výrobu součástí, jako jsou živé panty s pevnými částmi a pružnými spoji.
Protože díly potištěné nylonem mají obvykle dobrou povrchovou úpravu, je potřeba méně následného zpracování.
V kombinaci s technologiemi práškového lože, jako je SLS a Multi Jet Fusion, nylon 3D tisk lze použít k vytvoření pohyblivých a do sebe zapadajících částí. To eliminuje potřebu sestavovat jednotlivě vytištěné komponenty a umožňuje mnohem rychlejší výrobu vysoce složitých objektů.
3D tištěný nylonový materiál
Nylon je dostupný v práškové nebo filamentové formě, vhodný pro technologie 3D tisku, jako je SLS, Multi Jet Fusion nebo FDM. Nylon je klasifikován podle chemického složení, zejména podle počtu atomů uhlíku, které obsahuje – nejznámější na trhu 3D tisku jsou bezesporu PA12 a PA11 a PA6 pro FDM. Nylonové vlákno obvykle vyžaduje teploty vytlačování blízké 250 °C, avšak kvůli svému chemickému složení umožňují některé značky nylonu 3D tisk při teplotách až 220 °C. Mnoho 3D tiskáren neobsahuje hotendy, které mohou bezpečně dosáhnout 250 ºC, takže tyto verze s nižší teplotou mohou být užitečné a nemusí být nutné upgradovat hotend. Velkou výzvou u nylonových vláken je, že jsou hygroskopická, což znamená, že snadno absorbují vlhkost z okolního prostředí. Poté, co nylon absorbuje vlhkost, způsobí určité problémy s kvalitou tisku, takže skladování spotřebního materiálu je velmi důležité a vyžaduje zvláštní pozornost.
U práškového nylonu se nejčastěji používá nylon PA12. Je oblíbený pro své velmi vysoké mechanické a tepelné vlastnosti: je velmi tvrdý, pevný i při velmi nízkých teplotách, odolný vůči namáhání a má nízký obsah vlhkosti. Navíc se snadno zpracovává (barvy, barviva atd.). PA11 je také dostupný ve formě prášku a sdílí mnoho stejných vlastností jako PA12, ale má některé důležité rozdíly. Má dobrou tepelnou stabilitu, odolnost proti světlu a UV záření a dobrou elasticitu. Díly potištěné pomocí PA11 jsou také odolnější, což z něj dělá ideální materiál pro výrobu funkčních prototypů nebo finálních dílů s důležitými mechanickými vlastnostmi. Ale stojí za zmínku, že PA11 absorbuje více vody než PA12.
Aplikace nylonu ve 3D tisku
Díky své pružnosti a pevnosti je nylon ideální pro automobilové díly, jako je výroba dílů, které odolávají tření a deformaci. Používá se také k výrobě ozubených kol, závěsů a jako náhrada některých plastů používaných při vstřikování. Navíc je biokompatibilní, což znamená, že by mohl být použit k výrobě protetiky a dalších částí, které přicházejí do styku s kůží. Nylonové díly lze použít i v letadlech: například americká společnost Metro Aerospace nedávno představila 3D tištěné nylonové mikročepele plněné sklem, které mají snížit odpor vzduchu. Díky tomuto procesu 3D tisku dokázala společnost Metro Aerospace zajistit konzistenci svých letových součástí, což usnadnilo získání schválení FAA. . Pro ještě atraktivnější vzhled lze také snadno nalakovat.
Kompozity na bázi nylonu a polyamidu jsou nejvhodnější pro použití s technikami 3D tisku s práškovým ložem, jako je selektivní laserové slinování (SLS) a multi-jet fusion (MJF), a na trhu je mnoho různých typů. Nylonový materiál je také dostupný ve formě vlákna pro použití v FDM 3D tiskárnách. Použití nylonových vláken v FDM však může být obtížnější kvůli vysokým tiskovým teplotám a problémům s deformací.
SLS
Nylonové prášky jsou široce používány v procesu tisku SLS, přičemž polyamid 11 (PA11) a polyamid 12 (PA12) jsou dva nejběžněji používané polyamidy. PA11 má vynikající odolnost proti UV záření a nárazu, zatímco PA12 má vyšší pevnost a tuhost. Existují také různé kompozitní materiály, jako je sklo, uhlíková vlákna a polyamidy vyztužené hliníkem, které mohou poskytnout vyšší mechanické vlastnosti. V současnosti je SLS nejspolehlivější technologií pro nylonový 3D tisk, ačkoli technologie Multi Jet Fusion nabízí vyšší rychlosti a lepší rozměrovou přesnost.
Multi Jet Fusion
Technologie HP Multi Jet Fusion podporuje řadu nylonových 3D tiskových materiálů, jmenovitě PA11, PA12 a HP 3D High Reusability PA 12 Glass Beads (40% polyamidový materiál plněný skleněnými kuličkami). Nylonový prášek MJF je vysoce znovupoužitelný, protože přebytečný prášek (až 70 %) lze recyklovat a znovu zavést do tiskového procesu, aniž by došlo ke snížení mechanických vlastností součásti.
Fuzované depoziční modelování
Zatímco FDM lze použít pro 3D tisk nylonu, nylon vyžaduje vyšší teploty tisku, než jaké dokáže zvládnout mnoho extrudérů FDM. Ve srovnání s SLS a MJF nejsou nylonová vlákna FDM v průmyslových aplikacích široce používána, ale na trhu stále existuje několik 3D tiskáren FDM, které jsou pro tento případ použití optimalizovány. Například Markforged nabízí svůj vlastní materiál Onyx. Onyx, kompozit z ylonu a mikrouhlíkových vláken, který vyrábí tuhé, tepelně odolné díly vhodné pro konečné použití, je údajně 1.4krát pevnější a tužší než díly ABS.
Opatření pro 3D tisk nylonových dílů
víceproudové fúze
Technologie HP Multi Jet Fusion (MJF) tiskne rychle, zachycuje složitější detaily v návrzích a poskytuje vysokou rozměrovou přesnost. Během tohoto procesu tiskárna MJF distribuuje vrstvu prášku na stavební platformu. Na každou novou vrstvu prášku se pak nastříká chemické tavidlo, které prášku pomůže absorbovat energii infračerveného světla tiskárny a vytvoří finální část.
Existuje několik klíčových aspektů pro 3D tisk nylonu s MJF:
- Díl musíte navrhnout s tloušťkou stěny alespoň 1 mm. Pokud však navrhujete živý závěs, minimální tloušťka stěny by měla být 0.3 mm.
- Minimální tloušťka stěny a minimální vzdálenost mezi dvěma prvky (také známá jako kanálová mezera) by měla být 0.762 mm.
- Do návrhu byste měli vždy zahrnout únikové otvory, abyste po tisku odstranili nylonový prášek.
Při použití nylonu pro procesy výroby aditiv v práškovém loži se také ujistěte, že váš návrh zahrnuje dostatek prostoru mezi prvky a vyhněte se navrhování velkých nebo plochých dílů. Pokud tak neučiníte, vaše poslední část bude náchylná k deformaci.
Fuzované depoziční modelování
Zatímco nylon a kompozity na bázi nylonu jsou nejvhodnější pro aditivní výrobní procesy, jako je MJF a selektivní laserové slinování (SLS), můžete také 3D tisknout nylon pomocí modelování tavené depozice (FDM). S FDM se nylonová vlákna taví a roztavený materiál je vytlačován tryskou na platformu. Díl je pak postaven vrstvu po vrstvě.
Při 3D tisku na nylonové vlákno mějte na paměti:
- Na rozdíl od MJF možná budete muset do návrhu zahrnout podpůrné konstrukce.
- Deformaci lze minimalizovat předehřátím platformy, vypnutím chladicích ventilátorů tiskárny nebo použitím tiskárny s vyhřívanou komorou nebo krytem.
- Vaše tiskárna musí mít celokovový horký konec, který zvládne teploty nad 250 °C, a podložku, která může dosáhnout až 65 °C.
Nylon navíc absorbuje hodně vlhkosti ze vzduchu, což může vést ke špatné adhezi mezivrstvy, drsným povrchům, mikroskopickým otvorům a vzduchovým bublinám. Aby se předešlo těmto problémům, je třeba přijmout speciální opatření, aby byl nylonový materiál chráněn před vlhkostí.
3D tištěné nylonové díly od AN-Prototype
Když budete mít na paměti tyto tipy a úvahy o designu, můžete vytvořit funkční 3D tištěné nylonové díly. Pokud plánujete použít nylon pro svůj příští projekt 3D tisku, zvažte spolupráci se zkušeným zpracovatelem, abyste proces zjednodušili a urychlili a zajistili nejlepší možné výsledky.
Když pracujete s AN-Prototype, náš tým odborníků na design zajistí, aby byly vaše návrhy optimalizovány pro výrobu a tisk vašich dílů pomocí nejnovějších aditivních technologií. Připraveni k rychlému a cenově výhodnému 3D tisku vysoce kvalitních nylonových dílů, kontaktujte nás ještě dnes.