Обзор термопластичных полиуретанов (TPU) разной эластичности и твёрдости.

До некоторых пор я был уверен, что все полиуретаны примерно одинаковы.

Но оказалось они могут быть и очень мягкими, чем-то напоминающими силикон и очень твёрдыми - что-то типа SBS на стероидах.

Чем вообще интересны термопластичные полиуретаны? 

А вот чем. Это эластичные пластики, с идеальной свариваемостью, хорошей стойкостью при нахождении в атмосферных условиях, очень низкой истираемостью.

Это не фразы из Википедии, это всё проверено на личном опыте.

Например, свариваемость. Ни одну деталь толщиной всего в один периметр ни из одного полиуретана мне не удалось разорвать по слоям как я ни старался:

Стойкость при нахождении в атмосферных условиях.

Одна деталюшка (TPU правда был не из этого обзора) мной специально была выставлена на улице, где максимальное количество солнца. Эксперимент длился год. За это время она пожелтела, но никакой другой деградации не было - снижения эластичности или чтобы она начала рассыпаться на поверхности (как монтажная пена, которая кстати тоже полиуретан, но другой):

Слева лежавшая в помещении, справа год на солнце. На верх второй детальки внимания не обращайте, это был изначально брак, поэтому её не жалко было "пытать".

Низкая истираемость.

Напильниками полиуретан не пилится почти вообще никак. После нескольких усердных движений даже заметных следов может не остаться:

К сожалению, ютуб так поганит видео, что разобрать что-то сложно, возможно придётся поверить на слово - заметных следов от напильника нет.

С какими пластиками можно ещё сравнить TPU?

Ближайшие конкуренты - это термопластичные полиэфирные эластомеры. Или попросту ТПЕ (TPE).

Свариваемость у них в общем такая же хорошая, как и у полиуретанов.

И так же как и TPU склеивать их проблематично. На данный момент доступные клеи для них мне неизвестны, рад если кто-то в комментариях напишет чем их всё-таки можно склеить.

Обратная и положительная сторона невозможности их клеить - относительно хорошая стойкость по отношению к органическим растворителям.

Из плюсов ТПЕ можно отметить более низкую стоимость, очень низкую гигроскопичность. У полиуретанов тут конечно беда по обоим параметрам. Но ТПЕ больше плывут при печати мелких деталей (нужен больше обдув или увеличивать время печати слоя или одновременно печатать больше деталей), как правило у ТПЕ хуже адгезия к столу, и несравнимо гораздо меньшая эластичность - способность восстанавливать форму при деформациях.

По простому, если смять тонкую полиуретановую, деталюшку, она вернёт свою форму почти полностью. Если смять ТПЕ, то останутся заломы:

Синий пластик - TPU, белый - TPE.

На самом деле, это важное свойство не только для итоговой детали, но и для процесса печати.

При одинаковой мягкости, TPU будет печататься проще, чем TPE - небольшие изгибы TPU в экструдере будут стремиться выправиться, в то время как TPE может необратимо замяться и печать будет прервана.

Вот для примера, как ведут себя прутки TPE и TPU при растяжении:

Синий пластик - TPU, чёрный - TPE.

Как видно, упругая деформация TPE довольно быстро превращается в необратимую пластическую.

А полиуретан восстановился полностью.

Тесты.

В качестве тестовых образцов я обычно печатаю температурные столбики, толщиной в один периметр, с разной температурой через каждый сантиметр столбика.

Это позволяет выявить рабочий диапазон пластика, свариваемость и косвенно его гигроскопичность.

Итак поехали.

Flex Soft.

Самый мягкий и эластичный полиуретан из линейки производителя. Скорее напоминает силикон.

Прям вот очень мягкий.

Столбик печатал при температуре 250 (внизу) - 220 вверху (при заявленной производителем 215-245). 

Изначально пробовал на 210, но печать сорвалась - очень густой он на этой температуре.

Дефект на 220 градусах вызван тем, что что при этой температуре пластик тоже густой и тонкая стенка из-за своей большой мягкости начинает гулять под соплом с густым пластиком. Впрочем при повышении температуры всё ок даже на такой тонкой стенке. Пузыри на 240-250 градусах это как раз та влага о которой я упомянул чуть ранее и которую полиуретан впитывает с удовольствием. Конечно не так, как нейлон, но больше чем PETG.

Вот, к примеру печать им же, но хорошенько просушенным:

Видно на 240 градусах никаких пузырей уже нет.

Рекомендую печатать им на 230, при просушке на 240 градусах.

Все дальнейшие тесты были только хорошо просушенным пластиком!

Итого. Пластик очень эластичен. Поэтому, прежде чем его заказать, вы должны быть уверены, что ваш принтер способен печатать такими мягкими материалами.

Впрочем производитель бесплатно раздаёт всем желающим свои пробники. И можно относительно безболезненно проверить сможет ли ваш принтер печатать таким пластиком. Так же их можно использовать для проверки устойчивости той или иной разновидности полиуретана к интересующему вас растворителю или маслу. Ведь использование в качестве прокладок это один из наиболее очевидных применений этого материала. Но о пробниках чуть позже.

Вернёмся к Soft. Для этого полиуретана нужно достаточно точно попадать в диапазон /и/или сушить пластик. Чуть ниже температура и тонкие детали начинают изгибаться под соплом, чуть выше - пластик пузырится. Впрочем если просушить, рабочий диапазон несколько увеличивается в сторону бОльшей температуры.

Flex Spring.

Более жёсткий полиуретан. Но тем не менее существенно более мягкий чем последующие варианты.

И несколько более мягкий, чем эластомеры некоторых других производителей.

Печатается он уже хорошо на всём температурном диапазоне (производителем заявлено 205-235):

Фокусироваться на белом фотоаппарат категорически отказывается, даже в ручном режиме, так что придётся поверить на слово, что деталь на всём диапазоне идеальна.

Тонкая стенка держится достаточно уверенно и не изгибается под соплом даже на минимуме температуры из рабочего диапазона.

Ещё я у Spring заметил одну интересную особенность. Его поверхность с очень большим коэффициентом трения. Он как бы покрыт (в том числе и после печати) чем-то очень нескользящим.

Как бы это объяснить... Вот если кто брал в руки мелкую толчёную канифоль или раствор канифоли в спирте проливал на руки и высушивал и тёр потом, вот эффект примерно такой, как от канифоли на пальцах.

Не знаю, фича это или баг в пластике, но такой момент есть. В остальных модификациях этого эффекта или нет или он выражен значительно меньше.

Итого. Я бы сказал это наиболее оптимальный вариант. Хотя тут конечно всё от назначения зависит. С одной стороны он более жёсткий, чем предыдущий, соответственно проще в печати, но в тоже время он существенно более мягкий чем следующие. Тем обиднее, что прозрачной версии его не бывает.

Flex Optimal.

На этом месте должен был быть полиуретан чуть более жёсткий, чем Spring, чтобы им можно было печатать проще и быстрее, иметь прозрачный вариант, как наиболее универсальный.

Но к сожалению у этого производителя такого варианта нет, поэтому переходим к следующей модификации.

Flex Medium.

Это уже гораздо более жёсткий и менее эластичный вариант. Трудно с чем-то его сравнить... Скажем так, по эластичности это уже явно не резина, и даже не жёсткая резина. Возможно из подобного материала делают полиуретановые молотки для керамогранита.

Печатать им уже совсем просто.

Печатал на 220-250, как и заявлено производителем. На 220 густой и слегка есть дефект, аналогичный как на Soft. На остальном диапазоне дефектов нет, деталь в реальности выглядит приличней, чем на фото.

Итого. Затрудняюсь чётко описать назначение этого материала. Ну наверно первые потребители, это те, кому нужна именно такая твёрдость и эластичность. Ну и возможно те, кому хочется попечатать эластомерами, но принтер этого не очень-то позволяет.

Flex Hard.

Это ещё боле жёсткий полиуретан. По твёрдости и эластичности скорее в чём-то напоминает SBS. Но разумеется по прочности и свариваемости они просто на разных планетах. Полиуретан есть полиуретан, разодрать и сломать его разумными усилиями просто невозможно.

Разумеется печатать им будет так же легко на любом принтере как и жёсткими пластиками.

Печатал на 210-250 градусах, при заявленных 205-235. У этого пластика получилась самая красивая поверхность.

Итого. Почему то, когда я попробовал этот филамент, я решил, что из него будут получаться отличные ударостойкие корпуса. Разбить его, невозможно, всё-таки это какой-никакой эластомер, в тоже время он достаточно жёсткий, что позволяет сохранять форму корпуса под нагрузкой.

Тем не менее это всё таки не ABS и даже не PETG, некая гибкость всё же есть и стенки должны быть потолще. Возможно из этого материала будут получаться славные шестерёнки, правда не мелкие. Они будут беречь остальную трансмиссию, в виду свей некоторой эластичности. А низкая истираемость полиуретана позволит им служить долго. Ну и треснуть такая шестерёнка внезапно не сможет.

В конце небольшое видео сравнения мягкости этих пластиков:

Теперь несколько практических примеров использования эластомеров.

Напечатал несколько заглушек для компьютера: на SATA Power, SATA Data, USB, Jack 3.5, Molex

Ножки на свой новый принтер:

Мягкое колечко в отверстии стального корпуса:

Крышка на объектив камеры:

Ещё несколько применений есть в моём профиле.

Итого. Полиуретаны разные нужны, полиуретаны разные важны. Мне нравятся полиуретаны, мне нравится, что у одного производителя есть ряд полиуретанов разной жёсткости и эластичности.

Жаль только, что в этом ряду есть большая пропасть между Spring и Medium и нет прозрачного варианта Spring. Хотя в принципе такой вариант TPU в природе существует - средний по твёрдости и эластичности между Spring и Medium и прозрачный, так что предлагаю производителю задуматься о включении его в свою линейку.

Кстати насчёт терминологии. Жёсткость и эластичность это не разные определения одного явления. Например Flex Soft из обзора и пластилин имеют примерно одинаковую жёсткость, но вот Flex Soft очень эластичен, а пластилин вообще нет (он пластичен). Или чистый алюминий (не дюраль). Он жёстче и пластилина и всех полиуретанов, тем не менее по эластичности он как пластилин, а не как полиуретан.

Но в данных пластиках эти свойства идут вместе - чем более жёсткий полиуретан, тем медленнее он восстанавливает свою форму.

Теперь о бесплатных пробниках.

Особенно это актуально с учётом высокой цены полиуретанов.

Пробники этих (и не только этих) пластиков производитель высылает бесплатно всем желающим, получателем оплачивается только стоимость доставки.

Страничка заказа пробников:

Заказ пробников

Пробников 10 штук. Можно выбрать любые из ассортимента производителя, а это разные вариации полимеров: ABS, HIPS, PLA, Nylon, TPU, PETG, PP, PC.

Но поскольку меня интересовал только полиуретан, я попросил прислать по два пробника полиуретанов вместо других пластиков, чтобы помимо тестовых столбиков напечатать ещё что-то полезное. И производитель пошёл мне на встречу.

Сайт производителя:

http://printproduct3d.ru/

Собственно всё.

Всем спасибо.