Флекс флексу рознь: что такое гибкие филаменты, и как с ними работать на 3D-принтере

Flex — это всего лишь общее название материалов для 3D-печати с характерной гибкостью. В эту группу входят самые разные филаменты с самыми разными составами, поэтому споры на тему «какой флекс лучше» зачастую бессмысленны. Мы решили подойти с практической стороны дела и собрать в одной статье полезную информацию по тем вариантам, которые выпускаются под нашим брендом, то есть REC, а заодно пояснить, как с ними работать.

Думаем, всем и так понятно зачем нужны флексы, но если нет, то вкратце: это материалы, которыми можно печатать разные гибкие и эластичные вещи: прокладки, уплотнители, модельные шины, фрикционные накладки на ручные инструменты, подошвы и ортопедические стельки, защитные чехлы и тому подобное. Вот только разные флексы делаются из разного сырья и могут сильно отличаться по физическим, химическим и механическим свойствам, поэтому выбирать следует аккуратно.

Наверное, не лучший вариант применения, но суть понятна

На сегодняшний день мы выпускаем четыре варианта гибких филаментов для FDM 3D-принтеров:

    • REC Rubber — вариант синтетической резины на основе cтиролэтиленбутиленстирола (СЭБС, SEBS);

    • REC Flex — термопластичный полиэфирный эластомер (ТПЭЭ, TPEE), напоминающий твердый силикон;

    • REC Easy Flex — филамент из термопластичного полиуретана (ТПУ, TPU), самый мягкий и эластичный в нашей линейке;

    • REC TPU D70 — еще один вариант термопластичного полиуретана, но наоборот очень твердый.

Не будем тянуть резину, и сразу сравним эти материалы по физико-механическим свойствам:

REC TPU D70 вообще сложно характеризовать как флекс, так как по твердости он близок к тому же АБС-пластику. Тем не менее, это тоже термопластичный полиуретан с относительно высокой ударной вязкостью и эластичностью, так что будем считать его условным флексом. Данных по этому филаменту пока мало, так как материал новый и еще не успел пройти полноценные испытания, но имейте в виду, что мы последовательно выкладываем результаты тестов в специальном разделе нашего сайта.

Пример 3D-печати материалом REC Flex

Химия

Все эти материалы отличаются не только физико-механическими характеристиками, но и химическими, что тоже в немалой степени обуславливает эксплуатационные свойства и сферы применения. Например, Easy Flex обладает не только высокой износостойкостью и сопротивлением к пластической деформации, но и хорошей стойкостью к маслам и бензинам. Rec Rubber, c другой стороны, демонстрирует низкую гигроскопичность (в отличие от того же REC Easy Flex), но не очень-то дружит с горюче-смазочными материалами.

Пример 3D-печати материалом REC Easy Flex

Чтобы было проще сориентироваться*, давайте посмотрим на еще одну, упрощенную ради простоты восприятия табличку, основанную на данных от производителей сырья:

Выбрали материал? Тогда давайте разбираться, как получить из него что-то полезное.

Как печатать?

Флексы вполне заслуженно считаются сложными в работе материалами, что обусловлено как раз их главным свойством — гибкостью. Под нагрузкой, например при проталкивании материала в хотэнд, эластичный филамент будет сопротивляться — сгибаться и сжиматься, увеличиваясь в диаметре. При увеличении диаметра растет трение при проходе через хотэнд, а это требует дополнительного усилия, что в свою очередь приводит к росту деформации и трения вплоть до того, что филамент вообще отказывается идти в трубку и зажевывается подающим механизмом. Разрывается порочный круг тремя параллельными способами. 

Первый — кастомизация экструдера. Чтобы филамент не зажевывался, нужно сделать так, чтобы расстояние между подающими роликами и хотэндом (если речь идет о директ-экструдере) или трубкой (если речь о боуденовской системе) стремилась к нулю. Чем меньше расстояние, тем лучше— если филаменту некуда бежать, придется лезть прямо в хотэнд, что нам и нужно (см. иллюстрацию ниже).

Все равно не хочет? Заставим. Вот только заставлять нужно аккуратно, так как повышение скорости подачи без учета других факторов приводит к более высокому усилию при проталкивании филамента, а если хотэнд не успевает плавить материал, он деформируется и сопротивляется еще на входе. Соответственно, не повышаем, а понижаем настройки скорости. Да, как правило печатать флексами приходится на очень низких скоростях укладки (20 мм/c, а то и ниже), но здесь есть еще и прямая зависимость от производительности хотэнда, а это уже третий момент.

Казалось бы, самой простой способ повысить производительность — увеличить температуру, но это не совсем так, а зачастую даже наоборот. Если разогнать термоблок слишком сильно, термобарьер не будет справляться со своими прямыми обязанностями, а это приведет к нагреванию филамента еще в холодной зоне хотэнда. Нагревание приводит к тепловому расширению, а оно, в свою очередь, приводит к росту трения. Получается пробка в холодной зоне.

Вообще, в таких случаях лучше увеличивать длину горячего участка, вплоть до поэтапного прогрева несколькими термоблоками, но такой подход влечет за собой стремительный рост массо-габаритных характеристик, а потому встречается разве что на экструдерах в крупноформатных промышленных 3D-принтерах. Если же вы все-таки решите выйти за пределы рекомендуемых температур, то хотя бы заранее позаботьтесь о более эффективном охлаждении термобарьера — обдуве повышенной мощности, более эффективном радиаторе (не забываем про термопасту для лучшей теплопроводности) и любых других средствах, улучшающих теплоотвод. Чем более резкой будет граница между холодной и горячей зонами, тем лучше.

Настала пора еще одной таблички, на этот раз с рекомендуемыми параметрами:

Приведенные выше цифры очень условны ввиду огромного многообразия FDM 3D-принтеров, поэтому их стоит рассматривать как отправную точку для индивидуальной настройки параметров, а не жесткую рекомендацию.

С прижимом роликов в подающем механизме тоже нужно быть осторожными: слишком сильный прижим чреват опять-таки деформацией филамента. Как и все вышеперечисленное, этот момент решается экспериментальным путем.

Еще один сложный момент — это ретракт, ведь эластичные пластики деформируются не только при подаче в хотэнд, но и на «задней передаче», только теперь уже работают на растяжение. Именно по этой причине при работе с флексами рекомендуется использовать экструдеры с директ-подачей вместо боуденовских, так как в первых длина филамента между подающим механизмом и хотэндом минимальна. Попробуйте выставить дистанцию ретракта в два-три раза выше, чем при работе с твердыми полимерами, а затем «подкручивайте» вручную.

Что касается обдува слоев, то со всеми четырьмя материалами рекомендуется использовать минимальный обдув, либо не использовать вообще. Это достаточно проблематичный момент, так как флексы довольно долго затвердевают, а принудительное охлаждение приводит к снижению межслойной адгезии и, соответственно, снижению прочностных характеристик. Если деталь будет работать на сжатие, то это не такой уж и важный момент, а если на растяжение, изгиб и/или кручение, то лучше опять-таки сбросить скорость и постараться обойтись без обдува укладываемых слоев.

Пример 3D-печати материалом REC Flex

Чем мазать стол?

Если это Rubber, попробуйте клей-карандаш или лаки для волос. Хорошо печатается на стеклянных и стеклокерамических столиках, на алюминиевые можно добавить синий скотч.

Flex схватывается настолько хорошо, что клей или лак нужны не столько для удержания модели, столько для отделения от столика — в качестве разделительного слоя, иначе не отдерете. Если речь идет о стеклянном столике, дайте ему и модели остыть, и изделие может отвалиться само по себе. Если не отвалится, постарайтесь аккуратно срезать тонким лезвием, чтобы обойтись без сколов.

Если это Easy Flex, не забудьте просушить филамент перед заправкой, так как полиуретан очень гигроскопичен. Запустили 3D-принтер, а он шипит, плюется или укладывает нить с пузырьками или короблением? Останавливайте, выгружайте пластик и сушите при 50°С как минимум четыре часа — можно в электрической духовке или фруктосушилке. Насчет хранения и сушки разных филаментов можете почитать статьи здесь и здесь. Сухой Easy Flex дает изделия с отличной прочностью на разрыв, так что предварительной просушкой пренебрегать не следует. Термоусадке материал почти не подвержен, необходимости в рафтах в большинстве случаев возникать не должно, достаточно намазать столик тонким слоем клея-карандаша или лака.

Если же вы работаете с TPU D70, то опять-таки для лучшего схватывания со столиком используйте клей-карандаш или лак. Термоусадка невысока, но при необходимости для увеличения площади контакта с рабочей поверхностью можно напечатать юбку. И не забудьте предварительно просушить филамент, ведь здесь тоже используется полиуретан.

Пример 3D-печати материалом REC Flex

Тема адгезионных средств сложна и обширна, так что приглашаем всех желающих поделиться опробованными вариантами в комментариях.

Пример 3D-печати материалом REC Flex

Напоследок, в Wiki на нашем сайте есть отдельные, подробные статьи по REC Rubber, REC Flex и REC Easy Flex.

C уважением, команда REC3D.