Nylon (alias polyamid PA) er en stærk ingeniørplast og en meget anvendt polymer i additiv fremstilling, kendt for sin modstandsdygtighed over for varme, slid, friktion og kemikalier. Nylons semi-krystallinske mikrostruktur giver et fremragende forhold mellem stivhed og fleksibilitet, og det kan kombineres eller forbedres med andre materialer for at forbedre dets ydeevne og egenskaber. 3D-printede nylondele kan bruges inden for forskellige områder, fra tekstiler til medicinske proteser til rumfartsdele.
nylon dukkede første gang op i 1935 som nylon 6.6. Det blev udviklet af Wallace Carothers, som senere arbejdede hos DuPont. Det første nylonmateriale blev patenteret i 1937 og kommercialiseret i 1938, og er fortsat et af de mest udbredte plastmaterialer i dag. Nylon bruges hovedsageligt i tekstilindustrien på grund af dets fleksibilitet og holdbarhed. Det blev første gang brugt i produktionen af damestrømper i 1940. En af de mest interessante egenskaber ved dette materiale, selv i 3D-print, er dets fleksibilitet. Nylon 6 blev derimod oprindeligt produceret af Paul Schlack i IG Farben-laboratoriet og patenteret i 1941. Alle andre former for nylon kom senere.
Ud over de allerede nævnte er der to typer nylon, der er meget udbredt i industrien: PA11 og PA12. Interessant nok er de ikke kun kendetegnet ved et enkelt carbonatom, men har også meget forskellige oprindelser. PA11 er lavet af ricinusolie, en naturlig vedvarende ressource, mens PA12 er lavet af petroleum. Der er megen debat om nylons oprindelse og dens indvirkning på miljøet. Hvis det er tilgængeligt, vil brugerne vælge PA11 frem for PA12 på grund af dets gode egenskaber til hudkontaktartikler. Men det skal siges at selv PA11 ikke er helt miljøvenlig da der normalt ingen steder er at genbruge den så den smides ud som andre plasttyper. Når det kommer til 3D-print, er det vigtigt at bemærke, at nylon i pulverform kan genbruges til flere print. Specielt er HP Multi Jet Fusion-processen kendt for at bruge polyamider som PA12 og PA11 og har en højere brugshastighed sammenlignet med SLS-teknologi.
Advantage
- sej og delvis fleksibel
- høj slagfasthed
- Ingen dårlig lugt ved udskrivning
- God slidstyrke
Mangel
- Let at deformere
- Har brug for lufttæt opbevaring for at forhindre vandabsorption
- Forkert tørring af forbrugsvarer kan forårsage udskriftsfejl
- Ikke egnet til våde miljøer
Hvorfor bruge nylon som et 3D-printmateriale?
Ideel til prototype og funktionelle dele såsom gear og værktøj, nylon kan forstærkes med kul- eller glasfibre for styrke, hvilket resulterer i letvægtsdele med fremragende mekaniske egenskaber. Nylon er dog ikke specielt stift i forhold til ABS. Derfor, hvis din del kræver stivhed, skal du overveje at bruge yderligere materiale til at styrke din del.
Nylon har et højt forhold mellem stivhed og fleksibilitet. Det betyder, at når du udskriver tynde vægge, vil din del være fleksibel, og når du udskriver tykke vægge, vil din del være stiv. Dette er ideelt til fremstilling af komponenter såsom levende hængsler med stive dele og fleksible samlinger.
Da dele trykt med nylon typisk har en god overfladefinish, kræves der mindre efterbehandling.
Kombineret med pulverbedteknologier som SLS og Multi Jet Fusion, nylon 3D udskrivning kan bruges til at skabe bevægelige og sammenlåsende dele. Dette eliminerer behovet for at samle individuelt printede komponenter og gør det muligt at fremstille meget komplekse objekter meget hurtigere.
3D-printet nylonmateriale
Nylon fås i pulver- eller filamentform, velegnet til 3D-printteknologier som SLS, Multi Jet Fusion eller FDM. Nylon er klassificeret efter dets kemiske sammensætning, især antallet af kulstofatomer, det indeholder - de mest kendte på 3D-printmarkedet er uden tvivl PA12 og PA11, og PA6 for FDM. Nylonfilament kræver typisk ekstruderingstemperaturer tæt på 250°C, men på grund af dets kemiske sammensætning tillader visse mærker af nylon 3D-print ved temperaturer så lave som 220°C. Mange 3D-printere indeholder ikke hotends, der sikkert kan nå 250 ºC, så disse lavere temperaturversioner kan være nyttige, og det er muligvis ikke nødvendigt at opgradere hotenden. En stor udfordring med nylonfilamenter er, at de er hygroskopiske, hvilket betyder, at de let absorberer fugt fra deres omgivende miljø. Efter udskrivning absorberer nylon fugt, vil det forårsage nogle problemer med udskriftskvaliteten, så opbevaringen af forbrugsstoffer bliver meget vigtig og kræver særlig opmærksomhed.
Til pulveriseret nylon er den mest almindeligt anvendte nylon PA12. Den er begunstiget for sine meget høje mekaniske og termiske egenskaber: den er meget hård, stærk selv ved meget lave temperaturer, belastningsbestandig og har et lavt fugtindhold. Ydermere er det nemt at efterbehandle (maling, farvestoffer osv.). PA11 er også tilgængelig i pulverform og deler mange af de samme egenskaber som PA12, men har nogle vigtige forskelle. Den har god termisk stabilitet, lysbestandighed og UV-modstand og god elasticitet. Dele trykt med PA11 er også mere holdbare, hvilket gør det til et ideelt materiale til fremstilling af funktionelle prototyper eller endelige dele med vigtige mekaniske egenskaber. Men det er værd at bemærke, at PA11 absorberer mere vand end PA12.
Anvendelser af nylon i 3D-print
Nylons fleksibilitet og styrke gør den ideel til autodele, såsom fremstilling af dele, der modstår friktion og deformation. Det bruges også til at lave tandhjul, hængsler og som erstatning for nogle plasttyper, der bruges i sprøjtestøbning. Derudover er den biokompatibel, hvilket betyder, at den kan bruges til at fremstille proteser og andre dele, der kommer i kontakt med huden. Nylondele kan også bruges i fly: for eksempel har det amerikanske firma Metro Aerospace for nylig afsløret 3D-printede glasfyldte nylonmikroblade designet til at reducere modstand. Med denne 3D-udskrivningsproces var Metro Aerospace i stand til at sikre ensartetheden af dets flyvekvalitetskomponenter, hvilket gjorde det nemmere at opnå FAA-godkendelse. . Det kan også nemt males for et endnu mere attraktivt udseende.
Nylon- og polyamidbaserede kompositter er bedst egnede til brug med pulverbed 3D-printteknikker såsom selektiv lasersintring (SLS) og multi-jet fusion (MJF), og der findes mange forskellige typer på markedet. Nylonmaterialet fås også i filamentform til brug i FDM 3D-printere. Det kan dog være vanskeligere at bruge nylonfilamenter i FDM på grund af høje udskrivningstemperaturer og skævheder.
SLS
Nylonpulver er meget udbredt i SLS-trykprocessen, hvor polyamid 11 (PA11) og polyamid 12 (PA12) er de to mest almindeligt anvendte polyamider. PA11 har fremragende UV- og slagfasthed, mens PA12 har højere styrke og stivhed. Der findes også forskellige kompositmaterialer, såsom glas, kulfiber og aluminiumsforstærkede polyamider, som kan give højere mekaniske egenskaber. I øjeblikket er SLS den mest pålidelige teknologi til nylon 3D-print, selvom Multi Jet Fusion-teknologi tilbyder højere hastigheder og bedre dimensionsnøjagtighed.
Multi Jet Fusion
HP's Multi Jet Fusion-teknologi understøtter en række nylon 3D-printmaterialer, nemlig PA11, PA12 og HP 3D High Reusability PA 12 glasperler (40 % glasperlefyldt polyamidmateriale). MJF's nylonpulver er yderst genanvendeligt, da overskydende pulver (op til 70%) kan genbruges og genindføres i trykprocessen uden at gå på kompromis med delens mekaniske egenskaber.
Smeltet deponeringsmodellering
Mens FDM kan bruges til at 3D-printe nylon, kræver nylon højere printtemperaturer, end mange FDM-ekstrudere kan klare. Sammenlignet med SLS og MJF er FDM-nylonfilamenter ikke udbredt i industrielle applikationer, men der er stadig flere FDM 3D-printere på markedet, som er optimeret til denne anvendelse. For eksempel tilbyder Markforged sit proprietære Onyx-materiale. Onyx, en ylon- og mikrocarbonfiberkomposit, der producerer seje, varmebestandige dele, der er egnet til slutbrug, siges at være 1.4 gange stærkere og stivere end ABS-dele.
Forholdsregler for 3D-print af nylondele
multi-jet fusion
HP Multi Jet Fusion (MJF)-teknologi udskriver hurtigt, fanger mere indviklede detaljer i designs og leverer høj dimensionel nøjagtighed. Under denne proces distribuerer MJF-printeren et lag pulver på byggeplatformen. En kemisk flux sprøjtes derefter oven på hvert nyt lag pulver for at hjælpe pulveret med at absorbere energien fra printerens infrarøde lys og danne den sidste del.
Der er flere vigtige overvejelser for 3D-print af nylon med MJF:
- Du skal designe delen med en vægtykkelse på mindst 1 mm. Men hvis du designer et levende hængsel, skal den mindste vægtykkelse være 0.3 mm.
- Minimumstykkelsen af væggen og minimumsafstanden mellem to elementer (også kendt som kanalgabet) skal være 0.762 mm.
- Du bør altid inkludere flugthuller i dit design for at fjerne nylonpulver efter udskrivning.
Når du bruger nylon til fremstillingsprocesser for additiv til pulverbed, skal du også sørge for, at dit design indeholder nok plads mellem funktionerne og undgå at designe store eller flade dele. Hvis du ikke gør det, vil din sidste del være tilbøjelig til at blive skæv.
Smeltet deponeringsmodellering
Mens nylon- og nylonbaserede kompositter er bedst egnede til additive fremstillingsprocesser som MJF og selektiv lasersintring (SLS), kan du også 3D-printe nylon ved hjælp af fused deposition modeling (FDM). Med FDM smeltes nylonfilamenter, og det smeltede materiale ekstruderes gennem en dyse på en platform. Delen bygges derefter lag for lag.
Når du 3D-printer nylonfilament, skal du huske på:
- I modsætning til MJF skal du muligvis inkludere støttestrukturer i dit design.
- Vridning kan minimeres ved at forvarme platformen, slukke for printerens køleventilatorer eller bruge en printer med et opvarmet kammer eller kabinet.
- Din printer skal have en varmende helt i metal, der kan klare temperaturer over 250°C, og en seng, der kan gå op til 65°C.
Derudover optager nylon meget fugt fra luften, hvilket kan føre til dårlig mellemlags vedhæftning, ru overflader, mikroskopiske huller og luftbobler. Der skal tages særlige forholdsregler for at holde nylonmaterialet fri for fugt for at undgå disse problemer.
3D-printede nylondele fra AN-Prototype
At holde disse tips og designovervejelser i tankerne kan hjælpe dig med at skabe funktionelle 3D-printede nylondele. Hvis du planlægger at bruge nylon til dit næste 3D-printprojekt, så overvej at arbejde med en erfaren producent for at forenkle og fremskynde processen og sikre de bedst mulige resultater.
Når du arbejder med AN-Prototype, vil vores team af designeksperter sikre, at dine designs er optimeret til fremstilling og print af dine dele ved hjælp af de nyeste additivteknologier. Klar til at 3D-printe højkvalitets nylondele hurtigt og omkostningseffektivt, kontakt os i dag.