Nylon (ook bekend als polyamide PA) is een sterke technische kunststof en een veelgebruikt polymeer in additieve productie, bekend om zijn weerstand tegen hitte, slijtage, wrijving en chemicaliën. De semi-kristallijne microstructuur van nylon biedt een uitstekende verhouding tussen stijfheid en flexibiliteit, en kan worden gecombineerd of verbeterd met andere materialen om de prestaties en eigenschappen ervan te verbeteren. 3D-geprinte nylon onderdelen kunnen op verschillende gebieden worden gebruikt, van textiel tot medische protheses tot onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart.
Nylon verscheen voor het eerst in 1935 als nylon 6.6. Het werd ontwikkeld door Wallace Carothers, die later bij DuPont werkte. Het eerste nylonmateriaal werd in 1937 gepatenteerd en in 1938 op de markt gebracht, en is nog steeds een van de meest gebruikte plastic materialen. Nylon wordt vooral in de textielindustrie gebruikt vanwege zijn flexibiliteit en duurzaamheid. Het werd voor het eerst gebruikt bij de productie van dameskousen in 1940. Een van de meest interessante eigenschappen van dit materiaal, zelfs bij 3D-printen, is de flexibiliteit. Nylon 6 daarentegen werd oorspronkelijk geproduceerd door Paul Schlack in het IG Farben-laboratorium en gepatenteerd in 1941. Alle andere vormen van nylon kwamen later.
Naast de reeds genoemde zijn er twee soorten nylon die veel in de industrie worden gebruikt: PA11 en PA12. Interessant is dat ze zich niet alleen onderscheiden door een enkel koolstofatoom, maar ook een heel verschillende oorsprong hebben. PA11 is gemaakt van ricinusolie, een natuurlijke hernieuwbare hulpbron, terwijl PA12 is gemaakt van aardolie. Er is veel discussie over de oorsprong van nylon en de impact ervan op het milieu. Indien beschikbaar zouden gebruikers PA11 verkiezen boven PA12 vanwege de goede eigenschappen voor huidcontact. Maar het moet gezegd worden dat zelfs PA11 niet helemaal milieuvriendelijk is, omdat het meestal nergens te recyclen is en daarom wordt het weggegooid zoals andere soorten plastic. Als het om 3D-printen gaat, is het belangrijk op te merken dat nylon in poedervorm voor meerdere prints kan worden hergebruikt. Het is met name bekend dat het HP Multi Jet Fusion-proces gebruik maakt van polyamiden zoals PA12 en PA11 en een hoger gebruikspercentage kent vergeleken met de SLS-technologie.
Voordeel
- taai en gedeeltelijk flexibel
- hoge slagvastheid
- Geen slechte geur bij het printen
- Goede slijtvastheid
Tekortkoming
- Gemakkelijk te vervormen
- Luchtdichte opslag nodig om waterabsorptie te voorkomen
- Onjuist drogen van verbruiksartikelen kan afdrukfouten veroorzaken
- Niet geschikt voor natte omgevingen
Waarom nylon gebruiken als 3D-printmateriaal?
Ideaal voor prototypes en functionele onderdelen zoals tandwielen en gereedschappen. Nylon kan worden versterkt met koolstof- of glasvezels voor sterkte, wat resulteert in lichtgewicht onderdelen met uitstekende mechanische eigenschappen. Nylon is echter niet bijzonder stijf vergeleken met ABS. Als uw onderdeel stijfheid vereist, moet u daarom overwegen om extra materiaal te gebruiken om uw onderdeel te versterken.
Nylon heeft een hoge stijfheid-flexibiliteitsverhouding. Dit betekent dat bij het printen van dunne wanden uw onderdeel flexibel zal zijn en bij het printen van dikke wanden uw onderdeel stijf zal zijn. Dit is ideaal voor het produceren van componenten zoals levende scharnieren met stijve delen en flexibele verbindingen.
Omdat met nylon bedrukte onderdelen doorgaans een goede oppervlakteafwerking hebben, is er minder nabewerking nodig.
Gecombineerd met poederbedtechnologieën zoals SLS en Multi Jet Fusion, nylon 3D afdrukken kan worden gebruikt om bewegende en in elkaar grijpende onderdelen te maken. Dit elimineert de noodzaak om individueel geprinte componenten samen te stellen en maakt het mogelijk zeer complexe objecten veel sneller te produceren.
3D-geprint nylonmateriaal
Nylon is verkrijgbaar in poeder- of filamentvorm, geschikt voor 3D-printtechnologieën zoals SLS, Multi Jet Fusion of FDM. Nylon wordt geclassificeerd op basis van zijn chemische samenstelling, met name het aantal koolstofatomen dat het bevat. De meest bekende op de 3D-printmarkt zijn ongetwijfeld PA12 en PA11, en PA6 voor FDM. Voor nylonfilament zijn doorgaans extrusietemperaturen van rond de 250 °C vereist, maar vanwege de chemische samenstelling maken bepaalde merken nylon 3D-printen mogelijk bij temperaturen zo laag als 220 °C. Veel 3D-printers bevatten geen hotends die veilig 250 ºC kunnen bereiken, dus deze versies met lagere temperaturen kunnen nuttig zijn en het is misschien niet nodig om de hotend te upgraden. Een grote uitdaging met nylonfilamenten is dat ze hygroscopisch zijn, wat betekent dat ze gemakkelijk vocht uit hun omgeving opnemen. Nadat het bedrukken van nylon vocht heeft geabsorbeerd, zal dit enkele problemen met de afdrukkwaliteit veroorzaken, dus de opslag van verbruiksartikelen wordt erg belangrijk en vereist speciale aandacht.
Voor gepoederd nylon is PA12 het meest gebruikte nylon. Het geniet de voorkeur vanwege zijn zeer hoge mechanische en thermische eigenschappen: het is zeer hard, sterk, zelfs bij zeer lage temperaturen, stressbestendig en heeft een laag vochtgehalte. Bovendien is het gemakkelijk na te bewerken (verven, kleurstoffen etc.). PA11 is ook verkrijgbaar in poedervorm en heeft veel van dezelfde eigenschappen als PA12, maar kent enkele belangrijke verschillen. Het heeft een goede thermische stabiliteit, lichtbestendigheid en UV-bestendigheid, en een goede elasticiteit. Onderdelen geprint met PA11 zijn ook duurzamer, waardoor het een ideaal materiaal is voor het produceren van functionele prototypes of definitieve onderdelen met belangrijke mechanische eigenschappen. Maar het is vermeldenswaard dat PA11 meer water absorbeert dan PA12.
Toepassingen van nylon bij 3D-printen
De flexibiliteit en sterkte van nylon maken het ideaal voor auto-onderdelen, zoals het maken van onderdelen die wrijving en vervorming weerstaan. Het wordt ook gebruikt voor het maken van tandwielen, scharnieren en als vervanging voor sommige kunststoffen die bij spuitgieten worden gebruikt. Bovendien is het biocompatibel, wat betekent dat het kan worden gebruikt voor het maken van protheses en andere onderdelen die in contact komen met de huid. Nylon onderdelen kunnen ook in vliegtuigen worden gebruikt: het Amerikaanse bedrijf Metro Aerospace heeft bijvoorbeeld onlangs 3D-geprinte, met glas gevulde nylon microblades onthuld die zijn ontworpen om de luchtweerstand te verminderen. Met dit 3D-printproces kon Metro Aerospace de consistentie van zijn vluchtcomponenten garanderen, waardoor het gemakkelijker werd om FAA-goedkeuring te verkrijgen. . Het kan ook gemakkelijk worden geverfd voor een nog aantrekkelijker uiterlijk.
Composieten op nylon- en polyamidebasis zijn het meest geschikt voor gebruik met 3D-printtechnieken met poederbed, zoals selectieve lasersintering (SLS) en multi-jet fusion (MJF), en er zijn veel verschillende typen op de markt. Het nylonmateriaal is ook verkrijgbaar in filamentvorm voor gebruik in FDM 3D-printers. Het gebruik van nylonfilamenten in FDM kan echter moeilijker zijn vanwege de hoge printtemperaturen en problemen met kromtrekken.
SLS
Nylonpoeders worden veel gebruikt in het SLS-drukproces, waarbij polyamide 11 (PA11) en polyamide 12 (PA12) de twee meest gebruikte polyamiden zijn. PA11 heeft een uitstekende UV- en slagvastheid, terwijl PA12 een hogere sterkte en stijfheid heeft. Ook zijn er diverse composietmaterialen, zoals glas, koolstofvezel en aluminiumversterkte polyamiden, die voor hogere mechanische eigenschappen kunnen zorgen. Momenteel is SLS de meest betrouwbare technologie voor 3D-printen met nylon, hoewel de Multi Jet Fusion-technologie hogere snelheden en een betere maatnauwkeurigheid biedt.
Multijetfusie
HP's Multi Jet Fusion-technologie ondersteunt een reeks nylon 3D-printmaterialen, namelijk PA11, PA12 en HP 3D High Reusability PA 12 glaskralen (40% met glaskralen gevuld polyamidemateriaal). Het nylonpoeder van MJF is zeer herbruikbaar, omdat overtollig poeder (tot 70%) kan worden gerecycled en opnieuw in het drukproces kan worden geïntroduceerd zonder de mechanische eigenschappen van het onderdeel in gevaar te brengen.
Fused Deposition Modeling
Hoewel FDM kan worden gebruikt om nylon in 3D te printen, vereist nylon hogere printtemperaturen dan veel FDM-extruders aankunnen. Vergeleken met SLS en MJF worden FDM-nylonfilamenten niet veel gebruikt in industriële toepassingen, maar er zijn nog steeds verschillende FDM 3D-printers op de markt die voor dit gebruik zijn geoptimaliseerd. Markforged biedt bijvoorbeeld zijn eigen Onyx-materiaal aan. Onyx, een composiet van ylon- en microkoolstofvezels dat stevige, hittebestendige onderdelen produceert die geschikt zijn voor eindgebruikstoepassingen, zou 1.4 keer sterker en stijver zijn dan ABS-onderdelen.
Voorzorgsmaatregelen voor het 3D-printen van nylon onderdelen
multi-jet fusie
HP Multi Jet Fusion (MJF)-technologie print snel, legt meer ingewikkelde details vast in ontwerpen en levert een hoge maatnauwkeurigheid. Tijdens dit proces verdeelt de MJF-printer een laag poeder op het bouwplatform. Vervolgens wordt er een chemische flux op elke nieuwe laag poeder gespoten om het poeder te helpen de energie van het infraroodlicht van de printer te absorberen en het laatste onderdeel te vormen.
Er zijn verschillende belangrijke overwegingen bij het 3D-printen van nylon met MJF:
- U moet het onderdeel ontwerpen met een wanddikte van minimaal 1 mm. Als u echter een levend scharnier ontwerpt, moet de minimale wanddikte 0.3 mm zijn.
- De minimale dikte van de muur en de minimale afstand tussen twee elementen (ook wel de kanaalopening genoemd) moeten 0.762 mm zijn.
- Je moet altijd ontsnappingsgaten in je ontwerp opnemen om nylonpoeder na het printen te verwijderen.
Wanneer u nylon gebruikt voor additieve productieprocessen met poederbed, zorg er dan voor dat uw ontwerp voldoende ruimte tussen de onderdelen bevat en vermijd het ontwerpen van grote of platte onderdelen. Als u dat niet doet, zal uw laatste onderdeel gevoelig zijn voor kromtrekken.
Fused Deposition Modeling
Hoewel nylon en composieten op nylonbasis het meest geschikt zijn voor additieve productieprocessen zoals MJF en selectief lasersinteren (SLS), kun je nylon ook 3D-printen met behulp van Fused Deposition Modeling (FDM). Bij FDM worden nylonfilamenten gesmolten en wordt het gesmolten materiaal door een mondstuk op een platform geëxtrudeerd. Vervolgens wordt het onderdeel laag voor laag opgebouwd.
Houd bij het 3D-printen van nylonfilament rekening met het volgende:
- In tegenstelling tot MJF moet u mogelijk steunstructuren in uw ontwerp opnemen.
- Het kromtrekken kan worden geminimaliseerd door het platform voor te verwarmen, de koelventilatoren van de printer uit te schakelen of een printer te gebruiken met een verwarmde kamer of behuizing.
- Uw printer moet een volledig metalen hot-end hebben die temperaturen boven de 250°C aankan en een bed dat tot 65°C kan stijgen.
Bovendien absorbeert nylon veel vocht uit de lucht, wat kan leiden tot een slechte hechting van de tussenlagen, ruwe oppervlakken, microscopisch kleine gaatjes en luchtbellen. Er moeten speciale maatregelen worden genomen om het nylonmateriaal vrij van vocht te houden om deze problemen te voorkomen.
3D-geprinte nylon onderdelen van AN-Prototype
Als u deze tips en ontwerpoverwegingen in gedachten houdt, kunt u functionele 3D-geprinte nylon onderdelen maken. Als u van plan bent nylon te gebruiken voor uw volgende 3D-printproject, overweeg dan om samen te werken met een ervaren fabrikant om het proces te vereenvoudigen en te versnellen en de best mogelijke resultaten te garanderen.
Wanneer u met AN-Prototype werkt, zorgt ons team van ontwerpexperts ervoor dat uw ontwerpen worden geoptimaliseerd voor productie en worden uw onderdelen geprint met behulp van de nieuwste additieve technologieën. Klaar om hoogwaardige nylon onderdelen snel en kosteneffectief in 3D te printen, neem vandaag nog contact met ons op.