Na łamach Kompendium Druku 3D wielokrotnie podkreślano niewiarygodnie wielką różnorodność dostępnych w sprzedaży filamentów, czyli materiałów stanowiących budulec trójwymiarowych obiektów, które wytwarza się technologią FDM. Relatywnie duża ilość artykułów, którymi wysycono wspomniany w zdaniu zbiór wiedzy i które poświęcono wyselekcjonowanym na ich potrzeby rodzajów termoplastycznych tworzyw, z których drukuje się przestrzenne struktury, podkreśla różnorodnościową rozległość świata filamentowych produktów. Wyłuskiwanie poszczególnych reprezentantów owego materiałowego bezkresu przypomina opowieść, która trwała, trwa i trwać będzie jeszcze długo. Zadać można pytanie: "Czy jest to gra warta świeczki?". Odpowiedź na nie brzmi: "Tak!". Ilość rodzajów filamentów wykorzystywanych w druku 3D techniką FDM stale rośnie. Znajomość właściwości tych materiałów jest niczym klucz umożliwiający użytkownikowi sprzętu drukującego przestrzenne struktury wejście do świata wypełnionego po brzegi często unikatowymi możliwościami zastosowania wspomnianych w tym zdaniu maszyn oraz surowców, które owa maszyneria przetwarza w obiekty 3D. Główny bohater artykułu niniejszego obdarzony został mrowiem właściwości, dzięki którym wyróżnia się on spośród grona podobnych mu filamentów. Jaką nazwę nosi ów intrygujący materiał stworzony z myślą o drukarkach 3D, które wykonują przestrzenne wydruki techniką termicznego przetwarzania filamentowych tworzyw? Filamentem tym jest POM!

Filament POM i jego składnik bazowy

Recepturową bazę filamentu POM stanowi związek mający kilka nazw. Zwie się go polioksymetylenem. Nazywany bywa też poliformaldehydem. Tytułuje się go także mianem poli(tlenkiem metylenu). Omawianą tu substancję zalicza się (nieformalnie) do grona związków chemicznych zwanych polieterami alifatycznymi. Z formalnego punktu widzenia jest on reprezentantem tzw. poliacetali. Polioksymetylen cechuje się termoplastycznością. Jest to jego oczywista własność. Wszak gdyby nie ona, nie stanowiłby on składnika bazowego filamentu POM! Poli(tlenek metylenu) jest, rzecz jasna, polimerem. Uzyskuje się go m.in. wskutek zajścia reakcji polimeryzacji związku chemicznego, jaki stanowi formaldehyd. Czytelnik szczególnie zainteresowany podejmowanym w niniejszym akapicie tematem zapytać może: "Dlaczego w poprzednim zdaniu pojawiła się fraza m.in.?". Polioksymetylen może być bowiem produktem reakcji polimeryzacji z otwarciem pierścienia substancji zwanej 1,3,5-trioksanem (lub też cyklicznym formaldehydem). Formaldehyd to związek chemiczny, z którego polioksymetylen można uzyskać i jednocześnie taki, który powstaje, gdy poli(tlenek metylenu) przetwarzany jest w zbyt wysokiej temperaturze. Gdy ów parametr osiąga wartość większą niż 230C ulega rozkładowi. Sytuację taką trudno jest określić mianem bezpiecznej dla ludzkiego organizmu. Formaldehyd charakteryzuje się bowiem wysokim poziomem toksyczności. Skutki wystawienia organizmu na jego wpływ - zarówno te natychmiastowe, jak również takie, które wystąpią w przyszłości - bywają opłakane. Przetwarzając termicznie filament POM, wykorzystując do celu tego drukarkę 3D, należy zatem unikać temperatur przekraczających 230C.

Filament POM i jego wytrzymałościowe właściwości

Filament POM charakteryzyje się niesamowicie rozległym (a tym samym niezwykle zróżnicowanym) spektrum atrybutów, których wspólny mianownik stanowi słowo-klucz, jakim jest odporność. Główny bohater niniejszego artykułu wchodzi w skład grona tworzyw twardych, który poziomem swej twardości bije na głowę podobne mu, stosowane w druku 3D materiały. Filament POM jest także bardzo sztywny. Jego niesamowicie duża twardość oraz równie wielka sztywność sprawiają, iż materiał ten cechuje się doskonałą, mechaniczną wytrzymałością. Filament POM wykazuje się wysoką odpornością na potencjalnie destrukcyjny wpływ pewnych międzyobiektowych oddziaływań, które zwą się siłami tarcia. Jest on również tworzywem wysokoudarnym. Wysoki poziom udarności filamentu POM stanowi gwarancję, iż wykonane z niego trójwymiarowe wydruki odznaczać się będą dużą odpornością na negatywny wpływ obciążeń mających charakter dynamiczny. Do tego rodzaju oddziaływań zalicza się między innymi uderzenia. Filament POM cechuje się również bardzo dobrą wytrzymałością temperaturową. Omawiane tworzywo nie traci swych właściwości w szerokim, termicznym zakresie. Obejmuje on temperatury wynoszące od -40°C do 110°C. Filament POM charakteryzuje się ponadto bardzo dobrą odpornością chemiczną. Niszczycielskiego piętna nie odciskają na nim związki o charakterze zasadowym oraz wiele rozpuszczalników organiczne. Filament POM, a właściwie jego składnik bazowy - polioksymetylen, jest jednak podatny na destrukcyjny wpływ kwasów. Materiał ten charakteryzuje się jednak dużą odpornością na działanie wody. Oznacza to, iż nie wpływa ona negatywnie na mechaniczne właściwości obiektów 3D, które wydrukowano z filamentu POM. Omawiane tworzywo cechuje się także odpornością na negatywne działanie promieniowania ultrafioletowego. ASA nie stanowi zatem jedynego materiału stosowanego w druku 3D metodą FDM, któremu tę właściwość się przypisuje. Takich tworzyw jest więcej, zaś filament POM ten stan rzeczy potwierdza. Trudno nie zgodzić się z faktem, iż reprezentant filamentowego świata będący głównym bohaterem niniejszego artykułu wyposażony został w niezwykle potężny arsenał wytrzymałościowych cech.

Noctuo jest jedną z firmy, które produkują filament POM

Filament POM i poziom trudności tworzenia z niego wydruków 3D

Filament POM to bez cienia wątpliwości materiał obdarzony ogromem atutów. Czy jednak wspomniana wielka ilość jego pozytywnych właściwości idzie w parze z prostotą wykonywania z niego trójwymiarowych wydruków? Odpowiedź na takie pytanie brzmi: "Niekoniecznie!". Filament ten nie zalicza się, delikatnie rzecz ujmując, do najprostszych w obsłudze. Poprzez ową obsługę rozumieć należy proces jego termicznego przetwarzania przez urządzenie drukujące oraz stworzenie idealnych warunków umożliwiających jego sukcesywne ukończenie. Jeden z producentów tworzyw przeznaczonych do druku 3D - Noctuo - wskazuje kilka cech oferowanego przez niego filamentu POM, które sprawiają, iż wykonywanie z tego tworzywa trójwymiarowych obiektów bywa czynnością problematyczną. Materiał ten cechuje się bowiem niskim poziomem przyczepności do stołu (podgrzewanego - zalecana temperatura to 110°C) roboczego drukarki 3D. Problemem okazuje się także niewielki, przetwórczy skurcz filamentu POM. Dwie wymienione wcześniej cechy problematyczne właściwości omawianego tworzywa neutralizuje się, wykonując z niego wydruki 3D na platformie roboczej z perforacjami. Zaleca się również tworzenie obiektów trójwymiarowych, wykorzystując do tego celu urządzenie drukujące, które wyposażone zostało w zamkniętą komorę druku. Istotne zalecenie stanowi również stosowanie wyciągu oraz aparatury filtrującej powietrze, którą zainstalowano w drukarce 3D. Dlaczego? Powód stanowi przytaczany już wcześniej na łamach artykułu niniejszego związek chemiczny zwany formaldehydem. Wspominano już, iż rozkład termiczny poli(tlenku metylenu) - składnika bazowego filamentu POM - zachodzi w temperaturze o wartości wyższej niż 230°C. Produktem owej reakcji jest właśnie formaldehyd (zwany także aldehydem mrówkowym lub metanalem). Noctuo zaleca, aby temperatura głowicy drukarki 3D nie przekraczała 215°C, zaś jej typowe wartości temperaturowe wspomnianego komponentu urządzenia drukującego powinny mieścić się w przedziale od 205°C do 210°C. Nie oznacza to jednak, iż w zaprezentowanych w zdaniu poprzednim termicznych warunkach druku emisja metanalu nie zachodzi. Wręcz przeciwnie! Owszem, ilości powstającego wówczas formaldehydu są mniejsze niż w sytuacji, gdy filament POM wystawi się na ekspozycję temperatury przekraczającej 230°C. Aldehyd mrówkowy jest substancją charakteryzującą się wielką toksycznością. O jego obecności świadczy intensywny, duszący zapach ową substancję cechujący. Dlatego niezbędne jest zastosowanie odpowiednich środków bezpieczeństwa, które ochronią użytkownika drukarki 3D przed ekspozycją organizmu na wyjątkowo negatywne działanie formaldehydu powstającego podczas termicznego przetwarzania filamentu POM w trójwymiarowe wydruki.

Naturalną barwą, jaką charakteryzuje się filament POM, jest kolor mlecznobiały. Znajdującą się na powyższej ilustracji zębatkę wykonano z tego właśnie materiału. 

Filament POM - podsumowanie

Filament POM stanowi materiał nacechowany mnogością właściwości potwierdzających zasadność jego wykorzystywania w roli surowca budulcowego trójwymiarowych obiektów tworzonych techniką FDM. Poziom trudności jego obsługi bywać może zniechęcający, niemniej podjęcie się wyzwania, którym jest drukowanie z niego przestrzennych struktur, to wysiłek, którego warto się podjąć. Dlaczego? Liczne, wytrzymałościowe atuty filamentu POM czynią z niego materiał o szerokim spektrum potencjalnych zastosowań!

Filament POM - zalety

• sztywność i twardość
• niewielki współczynnik tarcia
• odporność na wpływ promieniowania UV
• prostota post-processingu
• odporność na działanie szerokiego spektrum rozpuszczalników organicznych oraz zasad
• wysoka udarność
• odporność na działanie temperatur z zakresu od -40°C do 110°C

Filament POM - wady

• emisja toksycznego formaldehydu w trakcie termicznego przetwarzania materiału → konieczność korzystania z drukarki 3D z zamkniętą komorą roboczą i systemem filtracji powietrza (+ korzystanie z wyciągu w pomieszczeniu z urządzeniem drukującym)
• nieodporność na działanie kwasów