Nylon (znany również jako poliamid PA) to mocne tworzywo konstrukcyjne i szeroko stosowany polimer w produkcji przyrostowej, znany ze swojej odporności na ciepło, ścieranie, tarcie i chemikalia. Półkrystaliczna mikrostruktura nylonu zapewnia doskonały stosunek sztywności do elastyczności i można go łączyć lub ulepszać innymi materiałami, aby poprawić jego wydajność i właściwości. Części nylonowe drukowane w 3D mogą być stosowane w różnych dziedzinach, od tekstyliów, przez protetykę medyczną, po części lotnicze.
Nylon po raz pierwszy pojawił się w 1935 roku jako nylon 6.6. Został opracowany przez Wallace'a Carothersa, który później pracował w firmie DuPont. Pierwszy materiał nylonowy został opatentowany w 1937 r. i wprowadzony na rynek w 1938 r. i do dziś pozostaje jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych. Nylon jest stosowany głównie w przemyśle tekstylnym ze względu na jego elastyczność i trwałość. Po raz pierwszy zastosowano go w produkcji pończoch damskich w 1940 roku. Jedną z najciekawszych właściwości tego materiału, nawet w druku 3D, jest jego elastyczność. Z kolei Nylon 6 został pierwotnie wyprodukowany przez Paula Schlacka w laboratorium IG Farben i opatentowany w 1941 roku. Wszystkie inne formy nylonu pojawiły się później.
Oprócz tych już wspomnianych, w przemyśle szeroko stosowane są dwa rodzaje nylonu: PA11 i PA12. Co ciekawe, wyróżnia je nie tylko pojedynczy atom węgla, ale także bardzo różne pochodzenie. PA11 wytwarzany jest z oleju rycynowego, naturalnego surowca odnawialnego, natomiast PA12 wytwarzany jest z ropy naftowej. Toczy się wiele dyskusji na temat pochodzenia nylonu i jego wpływu na środowisko. Jeśli jest dostępny, użytkownicy wybiorą PA11 zamiast PA12 ze względu na jego dobre właściwości w przypadku przedmiotów mających kontakt ze skórą. Trzeba jednak powiedzieć, że nawet PA11 nie jest całkowicie przyjazny dla środowiska, ponieważ zwykle nie ma gdzie go poddać recyklingowi, więc jest wyrzucany jak inne rodzaje plastiku. Jeśli chodzi o druk 3D, należy pamiętać, że nylon w postaci proszku można ponownie wykorzystać do wielu wydruków. W szczególności wiadomo, że proces HP Multi Jet Fusion wykorzystuje poliamidy, takie jak PA12 i PA11, a jego wykorzystanie jest wyższe w porównaniu z technologią SLS.
Korzyść
- wytrzymały i częściowo elastyczny
- wysoka odporność na uderzenia
- Brak nieprzyjemnego zapachu podczas drukowania
- Dobra odporność na zużycie
Niedociągnięcie
- Łatwe do wypaczenia
- Potrzebujesz hermetycznego przechowywania, aby zapobiec wchłanianiu wody
- Niewłaściwe suszenie materiałów eksploatacyjnych może spowodować wady druku
- Nie nadaje się do wilgotnych środowisk
Dlaczego warto używać nylonu jako materiału do drukowania 3D?
Idealny do prototypów i części funkcjonalnych, takich jak koła zębate i narzędzia, nylon można wzmocnić włóknami węglowymi lub szklanymi w celu zwiększenia wytrzymałości, co daje lekkie części o doskonałych właściwościach mechanicznych. Jednak nylon nie jest szczególnie sztywny w porównaniu z ABS. Dlatego też, jeśli Twoja część wymaga sztywności, będziesz musiał rozważyć użycie dodatkowego materiału w celu jej wzmocnienia.
Nylon ma wysoki stosunek sztywności do elastyczności. Oznacza to, że przy drukowaniu cienkich ścian część będzie elastyczna, a przy drukowaniu grubych ścian część będzie sztywna. Jest to idealne rozwiązanie do produkcji komponentów takich jak zawiasy ruchome ze sztywnymi częściami i elastycznymi połączeniami.
Ponieważ części drukowane nylonem mają zazwyczaj dobre wykończenie powierzchni, wymagana jest mniejsza obróbka końcowa.
W połączeniu z technologiami łoża proszkowego, takimi jak SLS i Multi Jet Fusion, nylon 3D drukowanie może być używany do tworzenia ruchomych i blokujących się części. Eliminuje to potrzebę składania indywidualnie drukowanych elementów i umożliwia znacznie szybsze wytwarzanie bardzo skomplikowanych obiektów.
Materiał nylonowy drukowany w 3D
Nylon jest dostępny w postaci proszku lub włókien, odpowiednich do technologii druku 3D, takich jak SLS, Multi Jet Fusion lub FDM. Nylon klasyfikuje się ze względu na skład chemiczny, a zwłaszcza liczbę zawartych w nim atomów węgla – najbardziej znane na rynku druku 3D to niewątpliwie PA12 i PA11 oraz PA6 dla FDM. Filament nylonowy zazwyczaj wymaga temperatury wytłaczania bliskiej 250°C, jednak ze względu na swój skład chemiczny nylon niektórych marek umożliwia drukowanie 3D w temperaturach tak niskich jak 220°C. Wiele drukarek 3D nie zawiera hotendów, które mogą bezpiecznie osiągnąć temperaturę 250°C, dlatego te wersje o niższej temperaturze mogą być przydatne i mogą nie wymagać modernizacji hotendu. Dużym wyzwaniem w przypadku włókien nylonowych jest to, że są one higroskopijne, co oznacza, że łatwo wchłaniają wilgoć z otoczenia. Po zadrukowaniu nylon wchłonie wilgoć, spowoduje to pewne problemy z jakością druku, dlatego przechowywanie materiałów eksploatacyjnych staje się bardzo ważne i wymaga szczególnej uwagi.
W przypadku sproszkowanego nylonu najczęściej stosowanym nylonem jest PA12. Jest preferowany ze względu na bardzo wysokie właściwości mechaniczne i termiczne: jest bardzo twardy, mocny nawet w bardzo niskich temperaturach, odporny na naprężenia i ma niską zawartość wilgoci. Ponadto jest łatwy w obróbce końcowej (farby, barwniki itp.). PA11 jest również dostępny w postaci proszku i ma wiele takich samych właściwości jak PA12, ale ma kilka istotnych różnic. Ma dobrą stabilność termiczną, odporność na światło i promieniowanie UV oraz dobrą elastyczność. Części drukowane przy użyciu PA11 są również trwalsze, co czyni go idealnym materiałem do produkcji funkcjonalnych prototypów lub części końcowych o ważnych właściwościach mechanicznych. Warto jednak zauważyć, że PA11 pochłania więcej wody niż PA12.
Zastosowania nylonu w druku 3D
Elastyczność i wytrzymałość nylonu sprawiają, że idealnie nadaje się do części samochodowych, takich jak części odporne na tarcie i odkształcenia. Stosowany jest również do produkcji przekładni, zawiasów oraz jako zamiennik niektórych tworzyw sztucznych stosowanych przy formowaniu wtryskowym. Ponadto jest biokompatybilny, co oznacza, że można go używać do wykonywania protez i innych części mających kontakt ze skórą. Części nylonowe można również stosować w samolotach: na przykład amerykańska firma Metro Aerospace zaprezentowała niedawno wydrukowane w 3D nylonowe mikroostrza wypełnione szkłem, zaprojektowane w celu zmniejszenia oporu. Dzięki temu procesowi drukowania 3D firmie Metro Aerospace udało się zapewnić spójność komponentów przeznaczonych do lotów, co ułatwiło uzyskanie zatwierdzenia FAA. . Można go również łatwo pomalować, aby uzyskać jeszcze bardziej atrakcyjny wygląd.
Kompozyty na bazie nylonu i poliamidu najlepiej nadają się do stosowania w technikach druku 3D w złożu proszkowym, takich jak selektywne spiekanie laserowe (SLS) i stapianie wielostrumieniowe (MJF), a na rynku dostępnych jest wiele różnych typów. Materiał nylonowy jest również dostępny w postaci włókna do stosowania w drukarkach 3D FDM. Jednakże stosowanie włókien nylonowych w FDM może być trudniejsze ze względu na wysokie temperatury drukowania i problemy z wypaczaniem.
SLS
Proszki nylonowe są szeroko stosowane w procesie drukowania SLS, przy czym poliamid 11 (PA11) i poliamid 12 (PA12) to dwa najczęściej stosowane poliamidy. PA11 ma doskonałą odporność na promieniowanie UV i uderzenia, podczas gdy PA12 ma wyższą wytrzymałość i sztywność. Istnieją również różne materiały kompozytowe, takie jak szkło, włókno węglowe i poliamidy wzmocnione aluminium, które mogą zapewnić wyższe właściwości mechaniczne. Obecnie SLS jest najbardziej niezawodną technologią do drukowania 3D z nylonu, chociaż technologia Multi Jet Fusion oferuje wyższe prędkości i lepszą dokładność wymiarową.
Wielostrumieniowa fuzja
Technologia HP Multi Jet Fusion obsługuje szeroką gamę nylonowych materiałów do drukowania 3D, a mianowicie PA11, PA12 i szklane koraliki HP 3D High Reusability PA 12 (materiał poliamidowy wypełniony w 40% kulkami szklanymi). Proszek nylonowy MJF nadaje się w dużym stopniu do ponownego użycia, ponieważ nadmiar proszku (do 70%) można poddać recyklingowi i ponownie wprowadzić do procesu drukowania bez uszczerbku dla właściwości mechanicznych części.
Modelowanie osadzania stopionego
Chociaż FDM może być używany do drukowania nylonu w 3D, nylon wymaga wyższych temperatur drukowania, niż jest w stanie obsłużyć wiele wytłaczarek FDM. W porównaniu do SLS i MJF, włókna nylonowe FDM nie są powszechnie stosowane w zastosowaniach przemysłowych, ale na rynku wciąż dostępnych jest kilka drukarek 3D FDM zoptymalizowanych pod kątem tego zastosowania. Na przykład Markforged oferuje swój zastrzeżony materiał Onyx. Mówi się, że onyks, kompozyt ylonu i włókien mikrowęglowych, z którego można wytwarzać wytrzymałe, żaroodporne części odpowiednie do zastosowań końcowych, jest 1.4 razy mocniejszy i sztywniejszy niż części ABS.
Środki ostrożności dotyczące drukowania 3D części nylonowych
fuzja wielostrumieniowa
Technologia HP Multi Jet Fusion (MJF) umożliwia szybkie drukowanie, rejestrowanie bardziej skomplikowanych szczegółów projektów i zapewnia wysoką dokładność wymiarową. Podczas tego procesu drukarka MJF rozprowadza warstwę proszku na platformie roboczej. Następnie na wierzch każdej nowej warstwy proszku natryskiwany jest topnik chemiczny, który pomaga mu wchłonąć energię światła podczerwonego drukarki i uformować ostateczną część.
Istnieje kilka kluczowych kwestii związanych z drukowaniem 3D nylonu za pomocą MJF:
- Należy zaprojektować część o grubości ścianki co najmniej 1 mm. Jeśli jednak projektujesz zawias żywy, minimalna grubość ścianki powinna wynosić 0.3 mm.
- Minimalna grubość ściany i minimalna odległość między dwoma elementami (zwana także szczeliną kanałową) powinna wynosić 0.762 mm.
- Zawsze powinieneś uwzględnić w swoim projekcie otwory ewakuacyjne, aby usunąć proszek nylonowy po wydrukowaniu.
Ponadto, jeśli używasz nylonu do procesów wytwarzania dodatków w złożu proszkowym, upewnij się, że projekt uwzględnia wystarczającą przestrzeń pomiędzy elementami i unikaj projektowania dużych lub płaskich części. Jeśli tego nie zrobisz, ostatnia część będzie podatna na wypaczenia.
Modelowanie osadzania stopionego
Chociaż nylon i kompozyty na bazie nylonu najlepiej nadają się do procesów wytwarzania przyrostowego, takich jak MJF i selektywne spiekanie laserowe (SLS), nylon można również drukować w 3D za pomocą modelowania osadzania topionego (FDM). W przypadku FDM włókna nylonowe są topione, a stopiony materiał wytłaczany jest przez dyszę na platformę. Następnie część jest budowana warstwa po warstwie.
Podczas drukowania nylonowego włókna 3D należy pamiętać:
- W przeciwieństwie do MJF, może być konieczne uwzględnienie w projekcie konstrukcji wsporczych.
- Wypaczenia można zminimalizować, podgrzewając platformę, wyłączając wentylatory chłodzące drukarki lub używając drukarki z podgrzewaną komorą lub obudową.
- Twoja drukarka musi być wyposażona w metalowy hotend, który wytrzymuje temperatury powyżej 250°C i stół, który może osiągnąć temperaturę do 65°C.
Ponadto nylon pochłania dużo wilgoci z powietrza, co może prowadzić do słabej przyczepności międzywarstwowej, szorstkich powierzchni, mikroskopijnych dziur i pęcherzyków powietrza. Aby uniknąć tych problemów, należy podjąć specjalne środki, aby chronić materiał nylonowy przed wilgocią.
Części nylonowe wydrukowane w 3D od AN-Prototype
Uwzględnienie tych wskazówek i rozważań projektowych może pomóc w tworzeniu funkcjonalnych części nylonowych drukowanych w 3D. Jeśli planujesz użyć nylonu w swoim następnym projekcie drukowania 3D, rozważ współpracę z doświadczonym producentem, aby uprościć i przyspieszyć proces oraz zapewnić najlepsze możliwe rezultaty.
Kiedy współpracujesz z AN-Prototype, nasz zespół ekspertów ds. projektowania zadba o optymalizację Twoich projektów pod kątem produkcji i wydrukowania części przy użyciu najnowszych technologii przyrostowych. Jeśli chcesz szybko i tanio wydrukować wysokiej jakości części nylonowe w 3D, skontaktuj się z nami już dziś.