3D печать нейлоном: технологии, настройки 3D принтера

Нейлон это прочный и универсальный материал. В этой статье рассмотрим 3D-печать нейлоном и о том, как создаются детали с помощью FDM, SLS и MJF из этого материала. Нейлон — это синтетический полимер из семейства полиамидов, для 3D печати он используется либо в виде порошка, либо пластиковой нити. В 3D-печати нейлон считается инженерным материалом, поскольку для печати требуются определенные навыки и специализированное оборудование.

Физические свойства нейлона

Нейлон — популярен в промышленной 3D-печати, поскольку он прочный, долговечный и устойчивый к механическим воздействиям в частности истиранию. Тонкие стенки из нейлона, обеспечивает приличную гибкость при сохранении прочности.

Полимер обладает следующими физическими характеристиками: низкий коэффициент трения, водоотталкивающие свойства, высокая механическая прочность, износостойкость, хорошие антифрикционные и диэлектрические свойства, он может использоваться для звуковой и вибрационной изоляции. ПА 66 по сравнению с Полиамидом 6 имеет меньшую плотность, при этом он более жесткий, прочный и твердый.

Низкий коэффициент трения нейлона также означает, что он хорошо подходит для изготовления функциональных движущихся частей механизмов. Учитывая это, нейлон часто используется для изготовления функциональных прототипов, живых петель, шестерен и аналогичных деталей для конечного использования.

Химические свойства нейлона

Нейлон, Полиамид 66, ПА 66 (полигексаметиленадипамид) относится к алифатическим полиамидам, термопластам инженерно-технического назначения и представляет собой конструкционный кристаллизирующийся материал. За рубежом полимер обозначается как Polyamide 66, PA 66, PA 6.6, Nylon, Nylon 66 и пр. Полимер является продуктом поликонденсации адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (соль АГ).
Нейлон отличается химической и климатической стойкостью, устойчив к смазочным материалам и нефтепродуктам, автомобильному топливу, а также к растворителям органического происхождения. По сравнению с ПА 6 нейлон имеет меньшую степень водопоглощения, обладает лучшими электроизоляционными характеристиками и более высокой теплостойкостью. Температура плавления нейлона составляет около 260°C. Полимер способен постоянно сохранять форму при температуре до 180°C и временно при 200°C.

Нейлон (полиамид 66) соответствует химической формуле ([-NH- (CH2)6-NH-CO- (CH2)4-CO-]n). Две шестерки соответствуют количеству атомов углерода в исходном мономере: 6 атомов в адипиновой кислоте и 6 — в гексаметилендиамине.

Технологии 3D печати нейлоном

Нелон может использоваться в 3D-печати моделированием послойным наплавлением (FDM) с использованием нейлоновой нити или с помощью селективного лазерного спекания (SLS) или Multi Jet Fusion (MJF) с использованием нейлонового порошка. Ниже мы объясним различия между этими технологиями и то, как они используются для создания нейлоновых деталей, а также плюсы и минусы каждой из них.

3D печать нейлоном на FDM 3D принтерах

В 3D-принтерах FDM используются нити, которые плавятся, а затем экструдируются через сопло на платформу сборки слой за слоем. Хотя 3D-печать нейлоном на FDM 3D принтерах намного доступнее, чем SLS или MJF, качество нейлоновой детали, напечатанной FDM, не так впечатляет.

Во-первых, не все принтеры FDM могут легко работать с нейлоновой нитью. Важно иметь качественный (цельнометаллический) хотэнд, способный выдерживать температуры выше 250 ° C. Кроме того, нейлон также склонен к усадке, поэтому адгезия к столу 3D принтера является как никогда актуальной проблемой.

Нейлоновая нить выпускается в различных вариантах, наиболее распространенными из которых являются PA 6 и PA 66. Оба они обладают стандартными свойствами нейлона прочности, устойчивости к истиранию и низким коэффициентом трения, но имеют один существенный недостаток: высокое влагопоглощение.

Скорость 3D печати нейлоном на FDM 3D принтерах

Оптимальная скорость 3D печати нейлоном от 30 до 60 мм/с. Более высокие скорости, такие как 70 мм / с, также будут уместными, если вы одновременно увеличите температуру сопла. Большинство пользователей печатают со скоростью 40 мм/с, детали будут отличного качества и высокой детализации.

Хранение нейлоновой нити для 3D печати

Высокое влагопоглощение может отрицательно сказаться на качестве 3D печати. Чтобы предотвратить такой сценарий, решающее значение имеет правильное хранение.

Простой пластиковый герметичный контейнер — хорошее решение, когда нить не используется, но что делать во время 3D печати? Идеальное решение — это блок для хранения с контролем влажности, который также позволяет нити попасть в экструдер. Если уже слишком поздно и ваша катушка уже впитала слишком много влаги, ее можно спасти, если вы правильно высушите нить.

Настройки 3D печати нейлоном

• Температура сопла: 240-290 ° C
• Температура стола 3D принтера: до 65 ° C
• Адгезив: клей-карандаш ПВА, ПВП, 3D лак
• Скорость печати: 25-50 мм/с
• Скорость вентилятора: 0-50%
• Термокамера: рекомендуется, но не обязательна

SLS 3D печать нейлоном

SLS использует лазер для спекания порошка слой за слоем, пока деталь не будет готова. Существуют разные типы технологий лазерного спекания — есть приспособления для металла и стекла, — но большинство 3D-принтеров SLS ориентированы на полимеры.

Материалы используемые в SLS 3D печати 

Одним из основных материалов, используемых с SLS, является нейлон, в частности нейлоновые порошки PA 11 и PA 12. Порошки PA 11 используются для деталей, требующих устойчивости к ультрафиолетовому излучению и ударам, в то время как PA 12 предпочтительнее из-за повышенной прочности и жесткости деталей. Существуют также порошки армированного полиамида, также известные как порошки из нейлоновых композиционных материалов, которые, помимо нейлона, обычно содержат частицы стекла, алюминия или углеродного волокна.

Преимущества SLS 3D печати нейлоном

После завершения детали полностью окружены неспеченным порошком, который также служит поддержками для готовых деталей. К счастью, с SLS можно повторно использовать до 50-70% этого неспеченного порошка для будущих отпечатков. С точки зрения рентабельности это большое преимущество перед FDM, поскольку любой материал, выдавленный в качестве опор в FDM печати, обычно не будет использоваться повторно.

Нейлон отлично подходит для изготовления функциональных деталей, а SLS может производить сложные функциональные детали и приобретает отличную прочность и детализацию за счет использования порошка, а не нити.

Недостатки SLS 3D печати нейлоном

Обратной стороной SLS является стоимость. Промышленные 3D-принтеры SLS часто продаются по цене выше 100000 долларов. Хорошая новость заключается в том, что в последнее время на рынке появляются более доступные решения, такие как настольный SLS-аппарат Fuse 1 от Formlabs по цене около 10 000 долларов и цене порошка около 60 долларов за кг.

MJF 3D печать нейлоном

MJF — это уникальная технология спекания порошка, разработанная Hewlett Packard и запущенная в 2016 году. MJF похожа на SLS, но также имеет кое-что общее со струйным нанесением связующего .

И MJF, и SLS запускают процесс печати одинаково. Перед началом спекания на платформу для сборки распределяется слой порошка. Однако, в то время как в SLS лазер затем начал бы спекание, MJF вводит дополнительный этап в процесс печати в виде химических агентов.

Поверх каждого свежего слоя порошка, именно там, где будут спекаться будущие слои, распыляется химический компонент. Он помогает порошку поглощать энергию от источника тепла принтера. В то время как SLS использует мощный лазер, MJF полагается на мощное инфракрасное излучение в качестве источника тепла. Инфракрасный свет в паре с термозакрепителем ускоряет процесс спекания, благодаря чему MJF в целом быстрее, чем SLS.

Преимущества MJF 3D печать

Хотя обе технологии позволяют создавать детализованные 3D модели, MJF опережает SLS.

После завершения печати вы сможете утилизировать неспеченный порошок, как и в случае с SLS. Однако MJF позволяет повторно использовать еще больше порошка, даже до 80%. Хотя это во многом зависит от конкретных машин, которые вы сравниваете, машины MJF сопоставимы по цене с промышленными машинами SLS, но имеют более быстрое время печати с потенциально большей детализацией.