Nylon w druku 3D? Oczywiście!
Świat, którego składowe elementy stanowią filamenty stosowane do druku obiektów trójwymiarowych, charakteryzuje gargantuiczna wręcz różnorodność - takie są fakty, polemizowanie z nimi nie ma zatem najmniejszego sensu. Ostatnimi czasy Kompendium Druku 3D wzbogaciło się o treści poświęcone termoplastom różnorakim. Wśród nich pojawiły się już teksty opisujące PLA, PET-G oraz ABS. Nie zabrakło też dogłębniejszemu przyjrzeniu się filamentowi ASA. Opisany został również termoplast podporowy (choć nie tylko) o nazwie HIPS. Bohaterem niniejszego artykułu jest filament, który z jednej strony wykazuje się ogromną, wieloaspektową wytrzymałością, z drugiej zaś cechuje go zadowalająca elastyczność, choć trudno zaliczyć go do grona termoplastów, dla których właściwość ta stanowi cechę dominującą. Produkuje się z niego m.in. rajstopy, choć w druku 3D - gdy występuje on pod postacią filamentu, zanim przetworzony zostanie przez urządzenie drukujące - stosuje się go do celów zupełnie innych, często wykonując z niego przedmioty o zastosowaniu przemysłowym. Przyszła zatem pora na ujawnienie nazwy nowego bywalca Kompendium Druku 3D. Filamentem tym jest nylon!
Z filamentów, których składnikiem bazowym jest nylon, wykonywać można części, które wchodzą w skład rozmaitych mechanizmów. Pierwszy element z lewej strony zdjęcia wykonano z materiału PA+15CF firmy ROSA 3D, czyli tworzywa poliamidowego, które zawiera włókna węglowe. Trzeci element wydrukowano z kolei z filamentu nylonowego PA12+CF15, który produkowany jest przez Fiberlogy.
Nylon niejedno ma imię
Pod hasłem nylon kryje się nie jeden, lecz wiele polimerów, a ściślej rzecz ujmując - poliamidów. Jednym ze składowych elementów tychże związków chemicznych są tzw. wiązania amidowe, czyli komponenty zbudowane z atomów: węgla (C), tlenu (O), azotu (N) i wodoru (H). Filamenty nylonowe oferowane przez rozmaitych producentów w swych nazwach tuż po symbolu PA (stanowiącego skrót od hasła poliamid) zawierają tajemnicze (tylko pozornie, rzecz jasna) liczby. Czasem jest to szóstka, innym razem - dwunastka. Na rynku dostępne są również produkty, których nazwy zawierać mogą inne liczby oraz kombinacje numerów i symboli. Dobry przykład stanowi filament PA 6/66 oferowany przez firmę F3D. Co właściwie oznaczają liczby umieszczane w nazwach nylonowych materiałów przeznaczonych do drukowania z nich trójwymiarowych obiektów? Wskazują one, ile atomów węgla wchodzi w skład monomeru (czyli cząsteczki, z której następnie uzyskuje się określony polimer, a konkretnie - w przypadku tematu głównego niniejszego artykułu - dany poliamid) poliamidu. Przykładowo: kaprolaktam, z którego uzyskuje się nylon PA6, zawiera sześć atomów węgla, z kolei filament PA12 tworzony jest w wyniku reakcji polimeryzacji laktamu, czyli substancji chemicznej, w której znajduje się ich dwanaście.
Nylon i jego wytrzymałość
Filamenty nylonowe charakteryzują się znakomitą wytrzymałością mechaniczną, w tym bardzo wysoką odpornością materiału na pęknięcia. Niełatwo również ulega ścieraniu. Surowiec ten jest wyjątkowo elastyczny, a co za tym idzie - cechuje się znacznym poziomem niełamliwości. Filament nylonowy wyróżnia również doskonała odporność surowca na szkodliwe działanie wysokich temperatur. Materiał jest też bardzo wytrzymały chemicznie. Nylon wykazuje się niepodatnością na negatywny wpływ rozcieńczonych roztworów związków o charakterze zasadowym. Powierzchni utworzonego z filamentu nylonowego wydruku trójwymiarowego nie naruszy ani benzyna, ani oleje. Nylon cechuje się odpornością na destrukcyjne działanie substancji utleniających (w powietrzu do około 60°C). Omawiane tworzywo jest bez wątpienia materiałem o dużej odporności chemicznej - jednakże istnieje jedno dość poważne ale. Nylon łatwo wchodzi w reakcję z kwasami i związkami zasadowymi - mowa tu przede wszystkim o silnie stężonych omawianych substancjach chemicznych. Wydruki z filamentów nylonowych można malować. Poddawać je można także mechanicznej obróbce, uzyskując tymże sposobem bardzo dobre rezultaty.
Nylon PA12 firmy Fiberlogy oferowany jest w rozmaitych, barwnych wariantach1
Filamenty nylonowe i ich dostępność na rynku
Nabycie filamentu nylonowym nie stanowi zadania karkołomnego. Znajduje się w ofertach wielu firm zajmujących się tworzeniem materiałów, z których wykonuje się trójwymiarowe obiekty techniką FDM. Filamenty poliamidowe dostępne są w ofertowych wachlarzach producentów termoplastów, takich jak m.in. Spectrum Filaments, Fiberlogy, F3D Filament oraz ROSA 3D Filaments. Dostępny jest w rozmaitych kolorach (na uwagę zasługuje tu zwłaszcza oferta Fiberlogy), aczkolwiek najczęściej spotkać go można w barwie naturalnej, charakterystycznej dla danego materiału nylonowego oraz czarnej. Produkowane są zarówno klasyczne filamenty poliamidowe, w tym: PA6, PA12 oraz PA6/66, jak również tworzywa z nylonem, które wzbogacone zostały domieszką surowców, które znacznie poprawiają parametry wytrzymałościowe omawianego w tym artykule termoplastu.
Do owych dodatkowych składników zalicza się:
-
Włókno węglowe
Jego dodatek powoduje wzrost sztywności filamentu zawierającego nylon. Na tym jednak nie koniec. Wskutek obecności włókna węglowego wzrasta wytrzymałość termiczna nylonowego filamentu. Zmniejsza się także jego skurcz liniowy.
Przykłady filamentów:
-
Włókno szklane
Dodatek tego materiału powoduje wzrost wytrzymałości temperaturowej nylonowego filamentu. Zmniejsza się także jego skurcz liniowy. Skutek? Wykonane z tak zmodyfikowanego filamentu nylonowego wydruki 3D cechują się bardzo dobrą stabilnością wymiarową.
Przykłady materiałów:
-
Szklane mikrosfery
Dodatek niewielkich, wykonanych ze szkła kulek korzystnie wpływa na poziom elastyczności filamentu. Wzrasta także jego odporność na negatywny wpływ wysokiej temperatury.
Przykłady filamentów:
Filamenty nylonowe. Jak z nimi postępować?
W parze z licznymi, pozytywnymi cechami filamentów nylonowych idzie jednak w parze zwiększony poziom trudności drukowania z nich trójwymiarowych obiektów. Materiał ten wymaga stosowania w tym celu drukarki 3D, która wyposażona została w zamykaną komorę roboczą oraz podgrzewaną komorę. Istnieją jednak tworzywa nylonowe niewymagające korzystania z urządzenia drukującego, które zaopatrzono w odizolowaną przestrzeń druku. Dokładne parametry druku zależą od dokładnego typu poliamidu, z którego utworzono filament nylonowy oraz zaleceń producenta. Dodatkowo, jest to materiał higroskopijny. Co to właściwie oznacza? Otóż, nylon pochłania wodę. Należy zatem szczególną uwagę zwrócić m.in. na to, żeby filament tego typu przechowywany był w miejscu, w którym wilgotność powietrza jest niewysoka.
Nylon. Podsumowanie
Nylon jest materiałem zarówno wszechstronnie wytrzymałym, jak również elastycznym. Połączenie tychże właściwości termoplastu stanowiącego głównego bohatera niniejszego artykułu sprawiają, iż filament ten doskonale nadaje się do zastosowań technicznych. Nie bez powodu bowiem drukować można z niego m.in. koła zębate, czyli elementy rozmaitych mechanizmów, które podatne są na zniszczenia. Użytkownik drukarki 3D, który oczekuje od filamentu odporności na mechaniczne uszkodzenia, niepoddającego się wpływowi wysokich temperatur i wielu związków chemicznych oraz cechującego się elastycznością sięgnąć powinien właśnie po nylon.
1Fotografia przedstawia wybrane warianty kolorystyczne filamentu PA12 firmy Fiberlogy. Rozpoczynając od lewej strony zdjęcia, są to kolejno:
