Руководство по гибкой 3D-печати: Сравнение технологий, материалов и применений

Гибкая 3D-печать традиционно была сложнее, чем печать жесткими материалами, но она становится все более распространенной по мере того, как производители 3D-принтеров добиваются прогресса в разработке оборудования и материаловедении. Возможности для гибких 3D-печатных деталей практически безграничны — гибкие материалы требуются почти в каждой сфере нашей повседневной жизни, а 3D-печать может открыть новые возможности для кастомизации и оптимизации в этих областях применения.

Основные технологии 3D-печати пластиком — моделирование методом наплавления (FDM), стереолитография (SLA), также известная как печать смолами, и селективное лазерное спекание (SLS) — каждая предлагает материалы для гибкой 3D-печати. Из-за различий этих технологий некоторые материалы могут подходить для определенных задач лучше, чем другие.

В этой статье мы рассмотрим различные типы 3D-принтеров для гибкой печати, материалы, включая гибкие филаменты, смолы и порошки, а также преимущества и недостатки каждого метода.

Сравнение: Процессы гибкой 3D-печати

FDM 3D-печать гибкими филаментами

FDM 3D-печать, где сопло плавит катушку твердого пластикового филамента и экструдирует его для послойного построения формы, пожалуй, самый известный тип 3D-печати благодаря низкой цене и интуитивно понятной технологии. Существует множество различных типов FDM-материалов, включая несколько гибких филаментов.

Плюсы и минусы печати гибкими филаментами

Преимущества: возможность легко и недорого производить простые гибкие детали или прототипы. Гибкие FDM-детали обладают хорошей эластичностью, ударной вязкостью, способностью гасить вибрации и удлинением при разрыве. Эти качества делают гибкие филаменты идеальными для раннего прототипирования демпферов, актуаторов, инструментов на конце манипулятора, мягких корпусов и растягивающихся кожухов.

Недостатки: поскольку расплавленный гибкий филамент сохраняет свои эластичные свойства, часто возникают проблемы с качеством печати. Такие элементы, как свесы и мосты, могут приводить к образованию нитей, неровной поверхности, засорению экструдера и плохим механическим свойствам. Поскольку FDM-детали не являются изотропными в направлении оси Z, слои могут расслаиваться при растяжении. Кроме того, любые рывки или отклонения от заданного пути экструдера могут негативно сказаться на укладке филамента.

3D-принтеры для гибких филаментов

Большинство FDM-принтеров совместимы с некоторыми типами гибких филаментов. Лучше искать принтер, способный нагревать экструдер до ~220 °C, с подогреваемым столом, прямым приводом экструдера (для минимизации нитеобразования), регулируемой скоростью подачи и вентилятором охлаждения.

Сравнение популярных гибких филаментов для FDM

Все гибкие филаменты можно классифицировать как термопластичные эластомеры (TPE).

• TPU (термопластичный полиуретан): Прочный, износостойкий, самый простой в печати среди TPE.

• TPC (термопластичный сополиэфир): Полиэфирный материал с хорошей термостабильностью и химстойкостью, но менее гибкий.

• TPA (термопластичный полиамид): Сополимер TPE и гибкого нейлона, очень гладкий и гибкий, подходит для деталей, которые нужно repeatedly гнуть или растягивать.

• TPE (термопластичный эластомер): Очень эластичный и мягкий, но сложный в печати, склонен к выдавливанию.

• Soft PLA: Жесткий, но возвращающий форму после давления, прост в печати, но склонен к засорению.

Смоляная 3D-печать (SLA) гибкими материалами

Смоляные 3D-принтеры используют лазер или другой источник света для отверждения жидкого фотополимера слой за слоем и предлагают множество вариантов гибких материалов.

Плюсы и минусы печати гибкими смолами

Преимущества: Существуют десятки смол, разработанных для разных задач, от очень мягких, напоминающих силикон, до более твердых, похожих на жесткую резину. Поскольку слои химически связываются друг с другом, детали обладают изотропными механическими свойствами и не расслаиваются. Детали также водонепроницаемы, герметичны, имеют гладкую поверхность и высокую точность. Идеальны для функциональных прототипов, конечных деталей и оснастки, требующей точных допусков.

Недостатки: Отпечатанные детали чувствительны к УФ-излучению, и с гибкими смолами может быть сложнее работать, чем с жесткими.

3D-принтеры для гибких смол

Доступность материалов сильно зависит от принтера. Formlabs предлагает самый широкий ассортимент гибких смол для своих настольных и крупноформатных принтеров, включая биосовместимые материалы.

Сравнение гибких смол Formlabs

SLS 3D-печать гибкими порошками

Селективное лазерное спекание (SLS) — это процесс 3D-печати, в котором лазер спекает частицы порошка слой за слоем. Неиспользованный материал поддерживает деталь во время печати, что позволяет создавать сложные конструкции без поддержек.

Плюсы и минусы печати гибкими порошками

Преимущества: Возможность печати сложных деталей без поддержек, высокая прочность и долговечность, возможность рециклинга порошка. Детали изотропны и не рвутся по слоям. Идеальны для конечных потребительских товаров и промышленных деталей.

Недостатки: Ограниченная способность достигать очень низкой твердости по Шору, шероховатая поверхность (улучшается постобработкой).

Сравнение гибких SLS-порошков Formlabs

Начните работу с гибкой 3D-печатью

Гибкие 3D-печатные детали открывают возможности в новых отраслях. 3D-печать помогает инженерам, дизайнерам и производителям снижать затраты, улучшать продукты и повышать эффективность.

Экосистема Formlabs SLA делает гибкую печать смолами простой и интуитивной благодаря надежному оборудованию и специализированным материалам. SLS-технология Fuse Series идеально подходит для функционального прототипирования и производства, предлагая доступные варианты для печати гибких деталей.