Обзор средств обеспечения адгезии базового слоя в промышленной / профессиональной* 3D печати FDM. Ультиматум 3D

Часть 1. The Matrix Has You: Дайджест профессиональных адгезивов для 3D печати базовыми, инженерными и конструкционными пластиками FDM.

Обеспечение надежной и устойчивой адгезии базового (нижнего) слоя формируемого послойно 3D объекта с поверхностью платформы построения является одной из важнейших задач в 3D печати методом FDM. Во многом, от ее решения зависит получение качественного и гарантированного результата печати.

Усадка пластика, возникающая в результате наплавления разогретой до вязкотекучего состояния полимерной "нити" и ее быстрого охлаждения при осаждении на нижележащий слой, является причиной возникновения напряженного состояния в материале изготавливаемой детали. Это приводит к отрыву нижнего слоя от платформы, а также деформации последующих слоев, сдвигу на платформе всей детали, нарушению ее общей геометрии. Ни о какой точности или качестве говорить уже не приходится.

В настоящее время в целях компенсации внутренних напряжений и предотвращения процессов деформации слоёв с той или иной эффективностью используются специальные адгезивные средства для платформ (пленочные, жидкие или аэрозольные), а также фоновые температурные режимы в рабочей зоне печати, достигаемые нагревом платформы и/или активной термокамеры.

Если говорить непосредственно о профессиональной/промышленной 3D печати, то ее качество и стабильность  определяются эффективностью работы системы адгезив - термокамера, которая обеспечивает надежное закрепление базового слоя на платформе,  равномерный прогрев рабочей зоны до границы температуры стеклования обрабатываемого пластика в целях стабилизации усадки, снижения внутренних напряжений и устранения деформации, коробления и т.п. дефектов. Ниже привожу иллюстрацию, взятую из финского первоисточника, на которой очень наглядно и убедительно все представлено.

В целом, FDM пластики, используемые в различных профессиональных областях и отраслевых промышленных задачах (в соответствии с их физико-механическими характеристиками и эксплуатационными свойствами изделий из них), можно разделить на следующие группы:

1. GENERAL. Это пластики общего назначения (базовые): PLA, ABS, ASA, SBS, PETG, HIPS и др. 

2. ENGINEERING. Это группа инженерных пластиков, обладающих комплексом ценных для решения различных прикладных задач физико-механических характеристик: NYLON 6/12, PC, PC-ABS/ASA и др. 

3. HIGH-PERFORMANCE. Семейство конструкционных пластиков, имеющих самые выдающиеся характеристики прочности, жесткости, термостойкости и пр. среди всех видов термопластичных полимерных материалов: ULTEM 9085, ULTEM 1010, PEEK, PEKK, PSU, PPSU, EXTEM и др.

4. CF / GF СOMPOSITES. В отличие от первых трех групп, имеющих общепринятое деление, это достаточно условно (но удобно) выделенный класс материалов-"композитов", который может включать в себя материалы изо всех вышеперечисленных групп, общим признаком которых является дисперсное наполнение стекло- (GF) или углеродными (CF) порошками, частицами, короткими волокнами и т.п.: СF PLA, CF ABS/ASA, CF PETG, CF TPU, CF NYLON, CF PC=ABS, CF PEI, CF PEKK, GF ABS/ASA, GF NYLON, GF TPU, GF PEI, GF PEEK и др. Конечно, это не композиты в классическом их понимании, тем не менее, посредством такого наполнения удается стабилизировать усадку, повысить теплостойкость и улучшить некоторые их физико-механические свойства.

Промышленная 3D печать FDM: Адгезивные подложки для вакуумных столов

Ряд производителей промышленных 3D принтеров (в первую очередь, речь о "законодателях моды" в FDM-технологии - компании Stratasys и ее оборудовании серии FORTUS) для обеспечения адгезии базового слоя используют пленочные полимерные подложки (характерная толщина 0,5 мм). 

При этом сами адгезивные подложки делятся на несколько групп, каждая из которых имеет максимально близкое химическое сродство к определенным типам пластиков. Так, для группы пластиков на основе ABS, ASA, PC-ABS и PC используют поликарбонатную пленку, например, LEXAN 8010 производства SABIC (140 °C), для пластиков на основе полиамида 12 и 6, соответственно, используется полиамидная же пленочная подложка (120 °C), а для высокотемпературных пластиков типа ULTEM 9085 и ULTEM 1010 используют термостойкую пленку на основе ULTEM 1000 от SABIC (200 °C) , в случае PPSU может применяться пленка на основе полисульфона. 

Сами пленочные подложки являются одноразовыми, поэтому необходимо заполнять платформу максимально обдуманно, т.к. стоимость таких пленок варьируется от достаточно дорогих до оооочень дорогих. Общий принцип следующий: адгезивная подложка закрепляется на вакуумном столе, нижний базовый слой всегда формируется из основного материала, который при попадании на пленочную подложку практически "намертво" к ней приваривается в условиях горячей термокамеры, т.е., по факту, в данном случае мы имеем скорее не столько адгезию как таковую, сколько механизм термосварки одного термопласта с другим (в принципе, после остывания можно попробовать макетным ножом срезать нижний слой пластика, но если калибровка выполнена корректно, риск порезать саму пленку при отделении очень большой), далее на базовый слой "выстилается" рафт из нескольких слоев вспомогательного материала поддержки и дальше уже начинается непосредственно процесс послойного наплавления детали. После остывания готовая деталь легко отделяется от разделительного слоя вспомогательного материала.

Что касается непосредственно торговых марок промышленных пластиков FDM, то среди самых значимых на данный момент я бы выделил Stratasys (США), SABIC (Саудовская Аравия), isQUARED (Швейцария), Triton 3D (США), 3DXTECH (США), INTAMSYS (Китай), BASF (Германия), ESSENTIUM (США).

Как видим, российским производителям 3D филамента есть, над чем задуматься. С одной стороны, все сейчас очень непросто (мягко говоря), с другой - есть конкретная ниша, под которую найдется масса прикладных задач. Например, компания REC уже достаточно активно работает в направлении создания промышленных рецептур, уверен, что и другие не спят :)

Жидкие (спреи, аэрозоли, стики) адгезивы для профессиональных / промышленных 3D принтеров

В довольно большом количестве профессиональных 3D принтеров и даже 3D принтерах промышленного назначения вакуумный стол и, соответственно, пленочные подложки не используются.

Вместо этого применяются платформы построения с различного рода съемными поверхностями, такими как боросиликатное стекло, стеклокерамика, композитные и самоклеящиеся полимерные подложки, тонколистовая сталь и т.п. Они позволяют обеспечить высокую плоскопараллельность при калибровке платформы, но, в большинстве своем, требуют нанесения на рабочую поверхность адгезивного слоя, который должен обеспечивать надежное закрепление базового слоя формируемого изделия. При этом сам адгезионный слой решает двойную задачу - с одной стороны, это должен быть эффективный пленкообразователь с высокой адгезионной способностью к наносимому на него расплаву полимера, с другой - являться разделительным слоем между рабочей поверхностью платформы и осаждаемым на нее материалом, позволяющим при остывании отделить от нее готовое изделие без значительных усилий.

В настоящее время в мире есть несколько производителей, специализирующихся на разработке и производстве именно таких 3D адгезивов.     

3DLAC (Испания). Жидкий адгезив для 3D печати базовыми пластиками FDM

Нашумевший у нас лет 5-6 назад аэрозольный адгезив испанского производства. Это был хит сезона! Я сам в свое время немного "побарыжил" его ближайшим аналогом (производило одно и тоже предприятие Belloch Laboratory) в виде лака для волос Nelly :) Тем не менее, это до сих пор очень популярный в Европе адгезив, в продаже его можно найти даже на некоторых наших сайтах.

В настоящее время испанцы производят два варианта - 3DLAC как таковой в форм-факторе аэрозольного баллончика 400 мл (улучшенная формула, ну, а как иначе), а также 3DLAC PLUS в виде жидкого спрея во флаконе 100 мл. Порядок розничных цен при заказе с сайта можно найти в разделе Shop.

Максимальную эффективность работы производитель указывает для таких пластиков как PLA, PETG и ABS. Данный адгезив будет гарантированно совместим с SBS, а также с CF/GF наполненными модификациями указанных пластиков. Мой опыт показал, что с классом инженерных материалов 3DLAC уже не справляется (более-менее можно попробовать печатать малогабаритные детали из нейлона).

DIMAFIX (Испания). Жидкий адгезив для 3D печати базовыми пластиками FDM

Еще один испанский производитель (i3D Digital) и "старожил" на рынке подобных адгезивов (видимо, в Испании есть волшебная бочка, из которой черпают и 3DLAC, и DIMA :) ). Наработанный список реселлеров из различных стран, размещенный на сайте впечатляет, это своего рода показатель известности и популярности в этом сегменте рынка.

Выпускается данный адгезив также в двух вариациях - в виде аэрозоля в баллончике 400 мл и стика-карандаша объемом 90 мл. Самое любопытное, что, несмотря на указание его всевозможных преимуществ и обилие красивых цветных графиков на сайте, я нигде не нашел четкого списка совместимых материалов, за исключением ABS. Судя по опубликованным на сайте результатам температурных испытаний, адгезивы Dimafix предназначены для работы с группой базовых пластиков FDM, т.е. PLA, ABS/ASA, PETG и др. Соответственно, его же можно использовать при работе с CF/GF композитами на основе базовых термопластов.

LAYERNEER (США). Жидкий адгезив для 3D печати базовыми пластиками FDM

Адгезив американского производства для 3D печати такими базовыми FDM материалами, как PLA, ABS, ASA, PETG и CPE. Производитель четко указывает, что с нейлонами, полипропиленом и эластичными материалами на основе TPU адгезив не совместим (непосредственно на сайт производителя мне попасть не удалось - не доступен, поэтому привел ссылку на ebay). Представляет он собой флакон-стик объемом 118 мл с поролоновым аппликатором.

На форуме Йозефа Пруши можно подробнее почитать о свойствах данного адгезива, там обсуждаются конкретные тесты 3D печати на различных материалах.

Smart Stick (Испания). Жидкий адгезив для 3D печати базовыми пластиками FDM и полиамидом

Адгезив от испанского производителя широкой гаммы FDM материалов Smart materials 3D, включая инженерные и конструкционные марки, а также узкоспециализированные пластики.  

Адгезив Smart Stick объемом 100 мл рекомендован для печати (в диапазоне температур платформы 70-100°C) такими базовыми FDM пластиками, как ABS, HIPS, PLA, PETG, а также для материалов на основе полипропилена и полиамида.

Primafix (Швеция). Жидкий адгезив для 3D печати базовыми пластиками FDM

Шведский производитель Prima Printer Nordic AB предлагает адгезив PrimaFIX для 3D печати следующими базовыми пластиками: PLA, PET-G, ABS/ASA, Wood и Flex. Судя по размещенному на сайте промо-видео, этот адгезив создан на базе ПВА-дисперсии (оставляет характерный белесый след). 

Минималистичный скандинавский дизайн этикетки флакона-аппликатора указывает на объем 50 мл. Собственно, на этом (казалось) все, что можно было нарыть из информации об адгезиве на сайте производителя, но мелькнула мысль покопаться поглубже в разделе Download (каюсь, сайт смотрел бегло и невнимательно, слона то и не заметил). Оказалось, эти шведы не так просты и под собственной торговой маркой производят широчайший спектр пластиков FDM - базовые PLA/PLA Tough/PLA PRO/PETG/FLEX/ABS/ABS+/ASA+/HIPS/CARBON/WOOD/PVA+/PVA HT/BVOH, инженерные PC//NylonPower Carbon Fiber/NylonPower Glass Fiber/NylonPower PA 6/66/FLEX TPU/PVB/METAL, конструкционные PEEK/PPSU/ PEI Ultem 1010/PEI Ultem 9085. Такое многообразие (30 марок!) выпускаемых одним производителем высококачественных FDM материалов я встречал, пожалуй, лишь у 3DXTECH (США). Им явно не хватает в своей линейке лишь адгезива промышленного класса... 

Magigoo (Мальта). Серия жидких адгезивов "All-in-one" для 3D печати базовыми, инженерными и конструкционными пластиками FDM

Производителем данной линейки адгезивов является компания Thought3D Ltd, зарегистрированная на Мальте. Веками благородные рыцари мальтийского ордена держали в строжайшем секрете рецепт чудесного FDM мульти-адгезива, и лишь их потомки из 21-го века сжалились, видя жалкие потуги "3Dпечатников" напечатать на своих дрыгостолах изделия из нейлона-поликарбоната-ультема, и вывели на коммерческий рынок магические цветные флакончики с волшебным снадобьем.

По факту мы имеем восемь различных модификаций адгезива Magigoo в формате флакона-аппликатора (думается, все-таки на основе одних и тех же исходных компонентов, но в разной пропорции/концентрации, но хим. состав не известен, поэтому это не точно): 

базовые пластики FDM:

Magigoo Original - объем 50 мл, для печати ABS, PLA, PETG, HIPS, ASA, TPU

Magigoo Original (Large Format) - объем 120 мл, для печати ABS, PLA, PETG, HIPS, ASA, TPU

Magigoo Pro PP - объем 50 мл, для печати материалами на основе полипропилена

Magigoo Pro Flex - объем 50 мл, для печати термопластичными эластомерами на основе TPE

инженерные пластики FDM:

Magigoo Pro PA (Nylon) - объем 50 мл, для печати материалами на основе полиамида  

Magigoo Pro PC - объем 50 мл, для печати поликарбонатом и смесью PC-ABS

конструкционные пластики FDM:

Magigoo Pro HT - 50 мл, для печати высокотемпературными пластиками PEEK, PPSU, Ultem

СF / GF / METAL композиты FDM:

Magigoo Pro PPGF - объем 50 мл, для печати стеклонаполненным полипропиленом

Magigoo Pro Metal - объем 50 мл, для печати металлонаполненными материалами типа BASF Ultrafuse 316L

Адгезивы Magigoo широко известны в мире профессиональной 3D печати FDM, ими комплектует свои 3D принтеры ряд известных европейских производителей: BCN3D, BIGREP, ShareBot, Ultimaker, 3DGence, Zortrax, а такой маститый американский производитель промышленных 3D принтеров как ESSENTIUM совместно с Magigoo выпустил линейку аналогичных адгезивов под своим брендом и под пластики собственного производства.

ESSENTIUM 3D Printing Adhesives (объем 120 мл):

Standard Filaments - для печати базовыми пластиками FDM: PLA, ABS, PETG 

Flexible Filaments - для печати термопластичными эластомерами на основе TPU / TPE

Nylon Filaments - для печати FDM пластиками и CF/GF композитами на основе полиамида

High-Temperature Filaments - для печати тугоплавкими конструкционными пластиками: PEEK, ULTEM, PPSU

Следует оnметить, что на своем сайте Magigoo опубликовали подробный отчет FDM Materials Tested with Magigoo Adhesives, представляющий из себя обширную базу данных, сформированную по результатам испытаний на различном FDM оборудовании и с различными типами материалов (с указанием марок и режимов работы). Также вызывает просто восхищение (Лев Толстой оценил бы глобальность) подробнейший мануал, составленный специалистами Magigoo и содержащий очень полезную информацию о свойствах и особенностях адгезивов Magigoo, специфике их работы с пластиками FDM, различных ноу-хау, позволяющих улучшить результаты 3D печати.

WOLFBITE (США). Серия жидких адгезивов "Wolfbite 3D Printer Bed Adhesive" для 3D печати базовыми и инженерными пластиками FDM

Честно говоря, при первичном просмотре странички с данными адгезивами, я подумал, что нахожусь на сайте производителя спортивного питания - первая мысль не про адгезивы, а про изотоники :)

Американская компания AIRWOLF 3D производит 5 видов адгезивов, каждый из которых представлен в объемах 60 мл и 120 мл:

Wolfbite - для печати базовыми пластиками : ABS/ASA, PETG, TPU/TPE

WolfBite NANO - для печати пластиками на основе PLA

Wolfbite MEGA - для печати такими инженерными пластиками, как PC и PC-ABS

WolfBite NITRO - специализирован для печати инженерными пластиками на основе полиамида 6/12

Wolfbite ULTRA - для печати пластиками на основе полипропилена

На сайте можно скачать рекламный флаер WOLFBITE BED ADHESION SOLUTION.

3D GLOOP! (США). Серия жидких адгезивов для 3D печати базовыми пластиками FDM

И снова американский производитель. И если дизайн упаковки предыдущего производителя вызывает ассоциацию со спортивным питанием, то адгезивы 3D Gloop! вполне можно ассоциировать с аптечной продукцией :)

Особо написать про данные адгезивы нечего. По фото видно, что они рассчитаны на три вида базовых пластиков - PLA, ABS и PETG. Явно, не сильно конкурентное преимущество при заявленных на объем 120 мл ценах на сайте.

APRINTA PRO (Германия). Серия адгезивов PrintaFix/PrintaStick/PrintaGlue для 3D печати базовыми и инженерными пластиками FDM

Немецкий производитель APRINTA PRO предлагает жидкие спреи по 100 мл и 250 мл для печати материалами на основе PLA и PET, а также адгезивы для базовых FDM пластиков в виде 50 мл стика и 10 мл клея.

PrintaStick и PrintaGlue производитель позиционирует как универсальные адгезивы для широкого спектра FDM пластиков (не указывая в описании никаких конкретных типов пластиков), при этом есть указание на высокую термостабильность химической формулы, что, вполне вероятно, позволит работать и с некоторыми типами инженерных пластиков.

NANO POLYMER ADHESIVE (США). Жидкий мульти-адгезив для 3D печати базовыми, инженерными, конструкционными пластиками FDM, а также CF/GF композитами на их основе

Пожалуй, это главный хедлайнер, TOP ONE, среди представленных в настоящее время на рынке профессиональных 3D адгезивов для FDM печати.

Nano Polymer Adhesive производится американской компанией Vision Miner в трех объемах - 50 мл, 100 мл и 120 мл (и еще есть возможность приобретать пробники по 10 мл). В настоящее время большинство компаний-производителей промышленных и профессиональных 3D принтеров помимо Magigoo пользуются именно этим адгезивом. К сожалению, для российских компаний он практически недоступен сейчас.

Доподлинно не известно, что там такого замешано из nano (на сайте опубликована легенда, что группа серьезных химиков год трудилась над созданием и усовершенствованием суперэффективной формулы, Patent Pending и все-такое), но, если вести речь о печати именно инженерными или конструкционными FDM пластиками, то данный адгезив обязательно нуно рассматривать в качестве наиболее перспективного кандидата. Во всяком случае, так считает множество реально попробоваших его в действии 3Dпечатников.

Среди очевидных достоинств адгезива от Vision Miner я бы отметил следующие:

1. Совместимость с огромным числом (мульти-адгезив) пластиков FDM. Фактически он позволяет работать со всеми 4-мя группами в широком диапазоне температур нагрева рабочей камеры и платформы:

- базовые пластики: PLA, PETG, ABS, ASA, HIPS, PVA

- инженерные пластики: PC-ABS, PC, NYLON

- конструкционные пластики: PEEK, PPSU, PEI (ULTEM 9085 / ULTEM 1010)

- СF / GF композиты на основе PLA, ABS, PETG, NYLON, PEEK, PEI

2. Совместимость с различным типом платформ: боросиликатное стекло, стеклокерамика, PCB/FR4, подложки из PEI и BuildTak, углепластик и др. Способность выдерживать длительный нагрев (до 160°C) в рабочей камере. 

3. Легкая смываемость / возобновляемость наносимого покрытия, нетоксичность хим. состава.

В общем, Nano Polymer Adhesive занимает очень достойное место в нише профессиональных FDM адгезивов, также он сыграл огромную роль с точки зрения появления на свет второй части данный статьи :)

3D клеи/адгезивы российского производства для 3D печати базовыми пластиками FDM

Click, клей для 3D принтера, производство the3D (г. Уфа)

PICASO, клей для печати, производство picaso-3D (г. Москва)

Иолай, лак для повышения адгезии, производство Imprinta (г. Красноярск)

BestFilament, клей-лак для FDM печати, производство BestFilament (г. Томск)

ТриДэшники, клей-лак для 3D печати, производство Эвристика (г. Казань)

3D GLUE ACCESS, клей-адгезив для 3D печати, производство Filamentarno! (г. Москва)

ATECO Basic, клей-лак для 3D-печати, производство ATECO (г. Москва)

Cactus CS-3D-GLUE-100, клей-лак для 3D принтера, производство Cactus-Trade (г. Москва)

PrintProduct, клей для 3D печати, производство PrintProduct (г. Санкт-Петербург)

Огонек / Плашка / ЧудоКлей, адгезивы для 3D принтера, производство FDM Artel (г. Москва)

3D-клей / Некрасовский полимер, клей для 3D печати, производство Prozhektor8kVt (г. Астрахань)

4D Клей – “Я сделаль!”, клей адгезивный для FDM печати, производство 3d-club (г. Санкт-Петербург)

3D print glue LROB / Прилипала, клей для 3D печати, производство LROB (г. Санкт-Петербург)

Мульти-Адгезив (универсальный), клей для 3д FDM печати, для Roboshop.spb (г. Санкт-Петербург)

Irenica ideas, клей для 3д печати адгезивный, производство Irenica ideas

При нажатии на название каждого из указанных адгезивов вы перейдете на сайт соответствующего производителя и сможете самостоятельно ознакомиться с их описанием, областью применения, характеристиками и ценой. В зависимости от производителя, данные адгезивы выпускаются в виде жидких или аэрозольных спреев объемом 100 мл / 150 мл / 250 мл и 400 мл. По большому счету, по своей рецептуре и свойствам это очень родственные адгезивы. Они практически идентичны у всех как по своему (довольно простому) хим. составу / характеристикам, так, соответственно, и ценовой нише (стоимость за 250 мл - в диапазоне 500-700 руб). 

Данная группа 3D адгезивов позволяет успешно печатать базовыми FDM пластиками, в основном использующихся на настольных бытовых и самосборных 3D принтерах:

ABS: 105-115°C

HIPS: 110-115°C

PETG: 75-90°C

SBS: 110-115°C

PLA: 45-55°C

PVA: 40-50°C

FLEX: 100-110°C

В отношении же промышленных инженерных (нейлоны, поликарбонат), а тем более конструкционных (полиэфиримиды, ПЭЭК, полифенилсульфон) пластиков их свойства уже недостаточны и не могут гарантировать успешный итоговый результат.  Впрочем, ответственные производители такие пластики и не указывают в качестве целевых.

 В качестве некоего резюме по первой части можно констатировать следующие факты:

- ниша адгезивов для базовых пластиков FDM (общего назначения) насыщена уже очень сильно, только в РФ не менее 15 различных производителей (тем более, многие любознательные 3Dпечатники и так уже знают "секрет Полишинеля" для бытовых пластиков в виде раствора Е1201 и самостоятельно изготавливают бюджетный адгезив для печати своих проектов). Чтобы втиснуться и продвинуться в этом "хит-параде" 3D спреев и аэрозолей, нужны будут очень весомые и значимые для пользователей аргументы, например, хорошая совместимость с нейлонами или стекло-, углероднаполненными модификациями базовых пластиков и т.п., когда приоритетной становится не только стоимость адгезива как таковая, но и гарантированный результат самой 3D печати, минимизация брака при уже более высокой стоимости исходных материалов.

- ниша промышленных / профессиональных адгезивов для FDM печати инженерными / конструкционными пластиками действительно востребована и очень актуальна, список реселлеров в мире у тех же Vision Miner или Magigoo впечатляет. И по мере все большего появления на рынке 3D принтеров промышленного уровня значимость подобных адгезивов тоже будет расти. Да, хим. составы уже гораздо сложнее, секретнее, а критерии цены уже коррелируют со стоимостью промышленного / профессионального 3D оборудования и соответствующих материалов. Решением за "100 рублей в аптеке" тут не обойдешься.

- в настоящее время сложилась ситуация, когда самые продвинутые по своим свойствам адгезивы для 3D печати промышленными FDM пластиками производятся в США и  Западной Европе. В текущих обстоятельствах их уже крайне сложно завести в РФ (а у нас такой класс адгезивов до настоящего времени не производился), а Китай адекватных аналогов пока предложить не может. Имеем ситуацию, когда, с одной стороны, есть достаточно высокая актуальность (тот же REC в России уже освоил производство PEEK, PSU и других серьезных пластиков, Volgobot наладил производство поликетона), а с другой - нет хорошего выбора средств адгезии под промышленные материалы и задачи.

- свято место пусто не быввет: выход был найден в результате работы над одним из моих проектов, и о нем речь во второй части статьи. 

Часть 2. Nil satis nisi optimum: Только лучшее достаточно хорошо. Адгезив-гель ULTIMATUM 3D для FDM печати (или "Наш ответ Чемберлену").

В прошлом году я опубликовал статью с результатами работы над проектом 3D принтера для печати промышленными FDM пластиками. Изначально, в качестве средства обеспечения адгезии базового слоя в него был заложен вакуумный стол с полимерными пленочными подложками (раз  Roboze, 3DGence, miniFactory и пр. используют решение, когда-то предложенное Stratasys, то чего уж стесняться).

В теории все выглядело гладко: для группы пластиков ABS/ASA, PC-ABS, PC используем пленку из поликарбоната, для нейлонов 6/12 - полиамидную пленку, для высокотемпературных Ultem 9085/Ultem 1010 - полиэфиримидную пленку, при сильной необходимости попечатать полипропиленом - полипропиленовую пленку. На практике же все оказалось несколько иначе. Более-менее доступными по цене и наличию оказались поликарбонатная и полипропиленовая пленки (хотя, например, SABIC LEXAN 8010 постоянно росла в цене и постепенно исчезала из наличия), с полиамидной пленкой толщиной 0,5 мм (или близкой) оказался уже полный затык - в РФ ничего такого нет, за исключением нейлоновых пленок для термотрансферного переноса, но они толщиной всего 50-70 мкм, ну, а полиэфиримидной пленки в РФ также нет, а в непромышленных масштабах заказать ее можно только на алиэкпрессе, но по качеству она явно уступает пленке SABIC ULTEM 1000, а цены - не менее кусачие. В общем ситуация с использованием адгезивных пленочных подложек через какое-то время стала, выглядеть довольно тупиковой - в стране в наличии нет, только ждать поставку и за дорого.

Конечно же, взор сразу обратился в сторону жидких адгезивов и клеев. С заменой пленочных подложек для вакуумного стола удалось разобраться довольно быстро. Для печати базовыми пластиками и нейлоном по температурному режиму (до 130°C) хорошо подошел тонколистовой (как раз 0,5 мм) стеклотекстолит FR4, а для тугоплавких пластиков - тонколистовая (опять же 0,5 мм) пластина из углепластика с термостойкостью до 160°C.

Оставалось только подобрать наносимый адгезив. И тут быстрого чуда не случилось :( Я перепробовал весь известный мне арсенал - полиуретановые и акриловые лаки, спреи, аэрозоли, технические клеи, отечественные 3D -лаки, сам изготовил спиртовой раствор энтеродеза - как только очередь доходила до нейлона, даже, несмотря на термокамеру, нижний слой отваливался.

Вот тогдо-то я и обратил более пристальное внимание уже именно на профессиональные 3D адгезивы, в том числе на Nano Polymer Adhesive от Vision Miner. По описанию это была просто бомба, Must Have, именно то, что мне нужно для окончательного решения вопроса. Я предпринял ряд попыток его заказать, но привезти мне его так и не смогли (пару раз завернули обратно как опасный груз).

В итоге, я его так и не понюхал, в руках не подержал, о химическом составе информации толковой никакой не нашел, только одни хвалебные отзывы, вызывающие жадное желание иметь "дай-дай-дай". Но он навел меня на прямо-таки судьбоносную мысль. Если одни люди смогли сделать такое, значит смогут и другие что-то подобное, ведь это жидкий состав, а не автоматизированный комплекс ЧПУ. А, как известно, хочешь сделать хорошо - сделай это сам.

И тут начался новый этап в развитии проекта :) Я уже понял, что мой проект принтера не взлетел (заинтересованные первоначально в нем люди отскочили, сославшись на серьезные обстоятельства 2021 года, это называется оказаться не в то время и не в том месте), но отнесся философски - в руках у меня оказался готовый испытательный стенд для испытания промышленных FDM пластиков. А значит, надо изучать информацию и пытаться создать собственный 3D адгезив. С предыдущей работы у меня имелось некоторое количество пластиков Stratasys, в том числе,  ABS, ASA, Nylon 6 и 12, Ultem 9085 и 1010. Этот набор перекрывал как раз все 3 основные группы из общепринятой классификации термопластов, его как раз хватало для понимания возможностей и свойств создаваемого адгезива.

В итоге, я обзавелся банками-склянками, мерными стаканчиками, пробирками, шприцами, ювелирными весами, миксерами и пр. (разве что халат белый так и не удосужился купить) и засел за изучение информации по полимерным клеям и покрытиям (по институтской специальности я имел отношение к полимерному материаловедению, поэтому, конечно, для меня данная информация была хоть как-то не с нуля). Главные критерии - адгезионное взаимодействие с различными пластмассами, эффективность пленкообразования (в случае покрытий), термостойкость, смываемость отработанного покрытия. Удалось зацепить пару-тройку интересных авторефератов и описания нескольких патентов, которые расширили, так сказать, горизонты понимания проблемы.

Как результат, ровно год назад я замешал первый вариант рецептуры и шаг за шагом стал (мазать) проверять эффективность полученного состава. К удивлению, получилось неплохо. Образцов пластика у меня было не так много, но для понимания свойств азгезива имеющегося количества хватало. Ниже привожу ряд фото с результатами печати на этой версии адгезива. Приношу извинения за качество печати некоторых образцов, цель была в оперативной проверке адгезии слоя при печати, настройкой экструзии и ретрактов под каждый пластик, соотвественно, не занимался на данном этапе.

  Первичные тесты с ABS и ASA (термокамера 90°C, жидкий адгезив "X"):

Первичные тесты с Nylon 6 и Nylon 12 (термокамера 95°C, жидкий адгезив "X":

Базовый слой реально хорошо закреплялся, плоскостность нижнего слоя обеспечивалась тоже хорошо.

Нижняя сторона образца размером 170 x 170 мм (Nylon 6):

Первичные тесты с Ultem 9085 и Ultem 1010 (термокамера 150°C, жидкий адгезив "X"):

В какой-то момент пришла мысль проверить свойства разрабатываемого адгезива на обычном настольном принтере без термокамеры. У меня был под рукой старый добрый Witbox c переделанной под нагрев платформой. Я заменил в нем нагреватель сопла на более мощный и вместо штатного установил термистор PT1000. В качестве образцов выбрал плоские пластины размером 90 x 43 мм, соответственно, главный критерий был получить образцы именно с плоским дном, без загибания углов. В итоге удалось изготовить плоские образцы из таких материалов, как PLA, PETG, ABS, ASA, NYLON 6, NYLON 12,  PC-ABS, ULTEM 9085, SR-35, SR-110.

Тестовые образцы-пластины (настольный принтер с горячей платформой, жидкий адгезив "X"):

По итогам первого этапа работы над адгезивом вырисовывалась четкая картина - по свойствам это мульти-адгезив, совместимость с большинством пластиков отличная - и на промышленном, и на любительском типе оборудования. Первоначально я пытался решить проблему с адгезией нейлона, результат же получился намного более обнадеживающим. Настолько, что через некоторое время я задумался над возможностью его будущей коммерциализации (надоело работать "на дядю", быть постоянно от него зависимым или уволенным, в зависимости от настроения его левой пятки, хотелось попробовать заработать самому именно на готовом продукте, а не периодических услугах 3D печати).

Xотелки хотелками, но сперва нужно получить более объективное и стороннее, независимое от меня, мнение. Понимая, что в ресурсах я уже был сильно ограничен, разумным мне представлялся единственный шаг - подготовить серию пробников и безвозмездно передать их на тестирование заинтересованным организациям/людям. Практика - критерий истины согласно Марксу, и мне нужно было до нее докопаться.

Пошел ва-банк :) На последние тугрики я подготовил партию из 30 пробников по 30 мл и подготовил список из 30 кандидатов.

Обзвоном заниматься не стал (слишком большой расход энергии в поисках принимающего решение лица), подготовил общий  текст-заготовку таким образом, чтобы это не выглядело голимым спамом, и разослал "письма счастья" согласно списка. Сразу оговорюсь, приоритетными адресатами для меня были российские компании-производители промышленных/профессиональных 3D принтеров, компании-сервисы по услугам 3D печати и компании-дилеры промышленного/профессионального 3D оборудования. Один товарищ на тот момент отговорил меня предоставлять пробники компаниям-производителям филаментов (типа предоставлять на начальном этапе такие образцы не стоит - весьма вероятно попасть на лабораторное исследование состава и соответствующий реверс. В случае подобного могу таким лишь пожелать - флаг в руку и электричку навстречу :) ). 

Из 30 компаний с положительным ответом и желанием провести тестирование отозвались лишь 6. Что ж принцип Парето сработал во всей красоте своей закономерности 20/80. Отдам должное, что эти 6 компаний были как раз самыми значимыми с точки зрения тестирования данного адгезива - среди них очень перспективные производители промышленного 3D оборудования, включая резидентов Сколково, а также крупный  интегратор 3D решений, до недавнего времени продвигавший в РФ промышленное FDM оборудование из Польши и Германии.

На данный момент адгезив испытан в действии на промышленном и профессиональном FDM оборудовании российских, польских, немецких и итальянских производителей, успешные результаты испытаний получены для следующих типов пластикрв: PLA, ABS, ASA, PETG, TPU / PC-ABS, PC, NYLON 6, NYLON 12 / ULTEM 9085, ULTEM 1010, PPSU, PEEK, а также CF/GF композитов на их основе., в формате е-mail/ whatsup/telegram получены положительные отзывы (скажем так, настолько, чтобы можно было после прохождения стадии тестирования решиться на дальнейшую коммерциализацию проекта и его продвижение).

Сразу оговорюсь, о данной статье я никого в известность из этих компаний не ставил и не согласовывал с ними возможности упоминания здесь их названий и т.п. информации, поэтому такой вот шлейф анонимности. Но, надеюсь, представители этих компаний ознакомятся с данной статьей на 3D Today и как-то проявят себя в комментариях, возможно, предоставят фото и т.п. фидбек.

Да, чтобы было понимание по хронологии событий: разработка адгезива - июль-октябрь 2021, принятие решения о коммерческой реализации проекта - ноябрь-декабрь 2021, подготовка и рассылка пробников - декабрь 2021-январь 2022, получение обратной связи о результатах тестирования - февраль-апрель 2022. 

Итак, о чем же вообще ведет речь этот инженер-алхимик, что за эликсир тут пытается впарить? Так и чешется написать "гремят фанфары", пафос на максимум, пар из ушей от гордости :) 

Как вы судно назовете, так оно и поплывет....

Когда я увидел высокий потенциал у данного адгезива и впервые задумался над возможностью его коммерциализации прошлой осенью, встал вопрос о названии. Хотелось найти что-то звучное и оригинальное (как собственно всем всегда и хочется). Поначалу лезла какая-то банальщина, но в какой-то момент на границе между сном и явью прозвучал контрольный "шепот" в мозг - ULTIMATUM!

Бинго! Это было название, которое одновременно и звучное, и оригинальное, и со смыслом :) Это был прямой вызов проблемам, связанным с недостаточной адгезией базового слоя, с одной стороны, а с другой - несколько провокационное название по отношению к сонму адгезивов других производителей (четко отдавал себе отчет, что приходится выходить на тропу конкурентной борьбы, но с таким названием уже не так и страшно, можно слегка и потроллить тех же американцев и мальтийцев :) ) Никакого политического подтекста в название мной не вкладывалось (упаси бог! шел октябрь 2021)! Мне сразу понравилось и то, что в английском написании данное название просто отлично сочетается с ULTEM'ом (одним из самых актуальных конструкционных пластиков) и словом Ultimate (максимальный, решающий), а также благозвучно перекликается чеи-то однокоренным с именитой голландской компанией ULTIMAKER. В общем, это было ОНО.

Адгезив-гель ULTIMATUM 3D для 3D печати базовыми, инженерными и конструкционными пластиками FDM

Предназначен, прежде всего, для 3D печати промышленными марками, но совместим практически со всеми имеющимися типами пластиков:

GENERAL: PLA, ABS, ASA, SBS, PETG, HIPS,  FLEX (TPU / TPE)

ENGINEERING: PC-ABS, PC-ASA, PC, NYLON 6 / 12

HIGH-PERFORMANS: PEEK, PEKK, ULTEM 1010, ULTEM 9085, PPSU

CF / GF COMPOSITES: PLA, ABS, PETG, TPU, NYLON, PEEK, ULTEM

Конечно же, чудес самих по себе не бывает (в данном случае чудеса творит физико-химия полимеров наряду с коллоидной химией), и результат успешной печати напрямую будет зависеть от соблюдения рекомендаций и обеспечения требуемых тепловых режимов. Способ применения, информацию о составе и совместимости с типом FDM оборудования, температурные режимы 3D печати, предварительной сушки и эксплуатации различных FDM пластиков можно найти тут.  

Производится адгезив мной на данный момент в трех объемах: 60, 120 и 360 мл:

60 мл - для тестов и периодической 3D печати важных проектов

120 мл - для регулярной 3D печати FDM ответственных изделий

360 мл - специально для крупногабаритной 3D печати FDM 

Такая градация объемов мне кажется очень логичной, к тому же значения 60 и 120 мл полностью вписываются в уже сформированный рынок профессиональных адгезивов (см. Часть 1).

 Не то, чтобы это прямой плагиат, но как и в случае с Nano Polymer Adhesive от Vision Miner для упаковки мной был выбран форм-фактор флаконов, разработанных американской компанией Chubby Gorilla, с удобным носиком-дозатором и пробкой с функцией защиты от детей. Я всецело за здоровый образ жизни (не интересуюсь зельями и травами), но даже я в курсе, что именно этот тип флаконов полюбили производители жидкостей для вейпов, но пусть это будет их проблемой, а не моей. Сам разработчик этой тары позиционирует ее для упаковки клеев, художественных красок, лаков, фармацевтических жидкостей, В общем, для наших нужд подходит отлично! 

Важной и характерной особенностью адгезива ULTIMATUM 3D, отличающей его от множества других представленных на рынке адгезивов, является то, что по своему фазовому состоянию он гелеобразный - FDM ADHESIVE GEL. Соответственно, наносится кистью в несколько перекрестных проходов, растекаемость по поверхности и смачиваемость подложек - хорошая.

ВИДЕО: нанесение адгезива на подложку

Сразу оговорюсь, хим. состав, отнюдь, не простой, многокомпонентный, напрягался и недосыпал в поисках оптимальной рецептуры не просто так (надеюсь). Насчет цен для предриятий и заинтересованных лиц - по запросу, тут цены не публикую, чтобы не вызывать холиваров. Это не раствор энтеродеза в водке, поэтому цена соответствует затратам на производство и классу применения. Предварительный анализ показал, что если бы не сложившаяся сейчас ситуация, данный адгезив был бы вполне конкурентен и на европейском рынке.

Некоторые производители в рекламных целях пишут, что одной порции их адгезива при нанесении хватает на "стопицот" циклов печати, не понимая, видимо, что тогда одного флакона должно хватать на годы (что явно должно быть не в их интересах) :). В моем случае такого обещать не могу и не буду - покрытие все-таки одноразовое. Пленкообразователь призван сработать ровно один раз - удержать полностью деталь во время цикла печати и при остывании позволить отделить ее от платформы, а потом дать себя смыть.

Из важных, на мой взгляд, преимуществ адгезива ULTIMATUM 3D я бы выделил следующие:

- cовместимость со многими FDM пластиками и типами FDM оборудования

- пригодность для большинства платформ и рабочих камер с нагревом 

- обеспечение надёжной адгезии базового слоя в широком диапазоне температур (вплоть до 180°C) 

- удобство и экономичность в использовании - легко и быстро наносится, смывается после печати

- разработан и производится в России, изготовлен из нетоксичных и безопасных компонентов

В качестве некоторого примера (как обоснование экономической эффективности и целесообразности применения адгезива для печати серьезными FDM пластиками)  хочу привести таблицу, из которой видно соотношение стоимости того или иного материала при изготовлении изделия "Отвод", габаритами 170 x 150 x 55 мм, к стоимости адгезива (цены на период конца января 2022): 

Получилось так, что период активной фазы тестирования адгезива пришелся на период февраля-марта 2022, т.е. время крайне неожиданных и тяжелых потрясений, в том числе, и для бизнеса. Безусловно, этот фактор крайне сильно повлиял на возможность продвижения адгезива как готового продукта (как говорится, не до вас, у нас сейчас свои обстоятельства...), но живем здесь и сейчас, поэтому пытаюсь действовать дальше. Эта статья - как один из способов донести информацию, возможно, кто-то и заинтересуется. На данный момент есть понимание концепции продукта, его актуальности для рынка (тем более в отсутствие зарубежных аналогов), сформирован алгоритм  ценообразования для дилеров и производителей FDM оборудования, так что заинтересованные лица и компании могут обращаться.

Казалось бы, на этом все. Но зачем на заглавном фото красная таблетка (флакон, конечно, же), мистер Андерсон, ведь синяя решает все ваши проблемы?

Адгезив ULTIMATUM 3D | GENERAL PURPOSE для 3D печати пластиками общего назначения, а также CF / GF композитами на их основе

Уже разработав и наладив небольшое (на данный момент) производство адгезива ULTIMATUM 3D для FDM печати промышленными пластиками, мне стало понятно, что это вхождение в очень-очень узкий сегмент рынка, к тому же явно не имеющий устойчивого и быстро растущего спроса в нашей стране (самый распространенный в РФ вид промышленного FDM оборудования сейчас - 3D принтеры Stratasys, для которых подобные адгезивы неактуальны, замещение же другими видами промышленных 3D принтеров идет явно невысокими темпами). С другой стороны, возможность выхода на европейский рынок сейчас отсутствует.

В связи с этим, было принято решение попробовать создать на его основе "LITE" версию адгезива для гораздо более широкого спектра 3D принтеров - профессиональных, полупрофессиональных, настольных любительских, то есть более доступный вариант "для масс". Ведь только довольно ограниченному числу компаний необходима печать из PPSU, PEEK, ULTEM или того же PC. Поэкспериментировав, с несколькими вариациями рецептур, удалось получить рабочий вариант - "красную таблетку".

Совместно с одной из компаний удалось провести успешное тестирование на таких пластиках, как PLA, ABS/ASA, PETG, FLEX (TPU), PC-ABS, CERAMO (соответственно, с CF / GF наполненными версиями этих пластиков 3D печать будет также успешной). Позволю себе привести несколько цитат:

"АБС отлично получилось, печать сутки шла, даже уголки не оторвало"

"Добрый день, протестировали с ASA/PC результат отличный"

"Адгезив прошёл проверку на керамо, адгезия отличная"

"Пока испытал на принтерах Пикасо на чистом АБС и композите Formax. Я бы сказал, что адгезия со столом даже излишняя"

"Да, я вчера решил запустить деталь из petg, не меняя клей на столе. Петг прилип намертво, пока стол не остыл деталь сидела как вкопанная"

"Ну стеклонаполненный (разговор шел про нейлон) на ультрабазу приклеился вообще норм".

Понимаю, что это выглядит как заказные хвалебные отзывы клиентов, обычно публикуемые на сайтах. Ну, вот так мне в ТГ и ВК ответили бета-тестеры (уважаемые в 3D кругах люди, между прочим), на сайте обещаю подобное не публиковать :)

Мне на этой версии адгезива также удалось получить хорошие образцы из NYLON 6 (Stratasys), но один из моих коллег по цеху обратил внимание, что с дешевыми марками NYLON (FD Plast, BestFilament) адгезив работает уже ограничено - на обычном стекле слой может отвалиться все-таки, для гарантированно хорошего результата при печати бюджетным нейлоном желательно использовать платформу типа Ultrabase, не ней все хорошо.

Таким образом, теперь я имею возможность предложить 2 вариации профессиональных 3D адгезивов:

1. INDUSTRIAL USE: ULTIMATUM 3D, High-Temperature - высокотемпературный промышленный адгезив для 3D печати инженерными и конструкционными пластиками FDM (за небольшим исключением совсем уж сложных для 3D печати пластиков типа фторопласта-4 или POM) на промышленных / профессиональных 3D принтерах 

2. PROFESSIONAL USE: ULTIMATUM 3D | GP, Genetal Purpose - доступный адгезив профессионального класса для 3D печати FDM пластиками общего назначения, некоторых видов нейлона, а также CF / GF композитами на их основе дома, в офисе, на производстве.

Благодарю за уделенное внимание!

P.S.: В заключение, хотелось бы поблагодарить Сергея Николаевича К. за слова поддержки и ценные советы в моменты сомнений, за ломанье копий и споры при создании этикеток и промо-сайта, за твое более мрачное (чем мое) видение дизайна итогового продукта, за помощь в подготовке и рассылке пробников, ну, и вообще, спасибо тебе большое за все! :)

___________________________________________________________________________________________

* Под промышленной 3D печатью подразумевается печать на промышленном классе FDM оборудования с использованием промышленных FDM материалов для решения различных отраслевых задач. Под профессиональной 3D печатью понимается 3D печать на различных профессиональных, полупрофессиональных и настольных (класс SOHO) 3D принтерах для решения всевозможных прикладных задач, в том числе, выполнения различных коммерческих заказов.