Полимеры для АТ

Полимеры — одни из самых популярных материалов в аддитивных технологиях (АТ) благодаря доступности, разнообразию свойств и простоте обработки. Они используются как в бытовых, так и в промышленных задачах, от прототипов до функциональных деталей. Работа с полимерами требует контроля качества материала и, в ряде случаев, постобработки для достижения нужных характеристик.

1. Виды полимеров для АТ

Полимеры делятся на термопласты, фотополимеры и композиты:

Термопласты (для MEX):

PLA (полилактид): Экологичный, биоразлагаемый, температура плавления ~180 °C .
ABS (акрилонитрилбутадиенстирол): Прочный, ударостойкий, до 250 °C .
PETG : Гибкий, устойчив к влаге, ~230 °C .
PC (поликарбонат): Высокая прочность и жаростойкость (~300 °C).
Нейлон (PA): Износостойкий, упругий, до 260 °C.

Фотополимеры (для SLA/DLP):

Стандартные смолы: Жёсткие, хрупкие, для моделей.
Гибкие смолы: Эластичные, как резина.
Прочные смолы: Для нагруженных деталей.

Композиты: Термопласты с наполнителями (углеродное волокно, стекловолокно, древесина, крошка Al) для усиления свойств.

Форма: нити (1,75 или 2,85 мм), смолы (жидкость), порошки (для SLS).

2. Методы работы с полимерами: виды 3 D -печати

Полимеры применяют в разных технологиях:

Экструзия материалов (MEX): Нить плавится и экструдируется (PLA, ABS, PETG). Доступно, но низкая точность (±0,2 мм).
Фотополимеризация в ванне (SLA)/DLP): Фотополимеры отверждаются светом. Высокая точность (±0,05 мм), гладкая поверхность.
Селективное лазерное спекание (SLS): Порошок (PA12, TPU) спекается лазером. Прочные детали без опор, точность ±0,3 мм.
Binder Jetting ( BJ ): Порошок ( PA) скрепляется связующим. Для сложных форм, но требуется спекание.
Material Jetting (MJ): Капли фотополимера наносятся и отверждаются. Для многоцветных изделий.

3. Сопоставление технологий на примерах.

Пример: печать корпуса гаджета (ABS) или гибкой вставки (TPU):

MEX : ABS — прочный корпус (±0,2 мм), TPU — гибкость, но слои видны.
SLA : Гладкий корпус из прочной смолы, прокладка из гибкой смолы. Точность выше (±0,05 мм).
SLS : PA 12 для корпуса (прочность ~50 МПа), TPU для прокладки. Без опор, но шероховато.
MJ : Многоцветный корпус, но дороже.

Свойства зависят от материала и постобработки: FDM — анизотропия, SLS — однородность.

4. Где используется полимеры

Прототипирование: PLA , ABS для моделей (дизайн, архитектура).
Медицина: PETG для стерильных контейнеров, нейлон для протезов.
Автомобили: PC , PA для деталей салона или воздуховодов.
Электроника: ABS , PC для корпусов, SLA -смолы для изоляторов.
Спорт: Композиты с углеродом для лёгких рам (дроны, велосипеды).

5. Подготовка материала

Качество полимера влияет на печать:

Нити (FDM): Проверка диаметра (1,75 ± 0,05 мм), сушка (PLA — 50 °C , ABS — 80 °C) — влага вызывает пузыри.
Смолы (SLA / DLP): Фильтрация от осадка, контроль вязкости. УФ-деградация снижает свойства.
Порошки (SLS): Анализ размера частиц (20–80 мкм), сушка (PA 12 — 70 °C).
Контроль обязателен для SLS и SLA (точность критична), для FDM — при высоких требованиях.

6. Постобработка

Постобработка улучшает свойства и внешний вид:

Зачем: Нужно убрать опоры, повысить прочность, сгладить поверхность.
Виды:

FDM:

Удаление опор (механически или раствором для растворимых опор).
Шлифовка/полировка ( ABS — ацетон для глянца).
Склеивание или покраска.

SLA/DLP:

Промывка (изопропиловый спирт) — удаление остатков смолы.
Дополнительное УФ-отверждение (20–60 мин) — прочность растёт на 30%.
Полировка.

SLS:

Очистка от порошка (воздухом или пескоструйкой).
Покрытие (для герметичности).

Дебиндинг и спекание (для прочности).

Где нужна: FDM — для эстетики, SLA — обязательно (сырая смола токсична), SLS — опционально, MJ — минимально.

Без постобработки FDM -детали слоистые, SLA -изделия липкие, SLS — шероховатые.

7. Полимерные материалы подлежат восстановлению

Порошки (SLS): Просеивание, сушка, смешивание со свежим (до 50% старого). После 5–10 циклов — замена.
Нити и смолы: Повторно не используются (нити плавятся, смолы деградируют).