PVDF пластик. Новый материал для необычных применений
Поливинилиденфторид (PVDF) — это высокотехнологичный термопластичный фторполимер. Материал занимает особое место среди инженерных пластиков благодаря уникальному сочетанию свойств, которые редко встречаются в одном полимере.
PVDF является родственником фторопласта, но в отличие от него, PVDF может перерабатываться методом экструзии, что делает его совместимым с технологией FFF/FDM 3D-печати.
Одна из особенностей PVDF - пьезоэлектрический эффект. Это генерация электрического заряда при механической деформации. Также пластик обладает пироэлектрическим эффектом - чувствительностью к изменению температуры.
Одни источники сообщают, что при обычном охлаждении из расплава, PVDF формирует неполярную кристаллическую фазу, которая не дает вышеописанных эффектов.
Другие исследователи считают, что в процессе 3D-печати возникают сдвиговые напряжения, которые могут индуцировать возникновение электроактивной кристаллической фазы непосредственно во время печати.
В промышленности для получения электроактивной кристаллической фазы PVDF (с пьезоэлектрическим эффектом) требуются специальные методы: механическое растяжение, поляризация в сильном электрическом поле или контролируемая кристаллизация.
Сейчас самое массовое направление в научных исследованиях PVDF - это печать гибких сенсоров, которые преобразуют механическое воздействие (касание, изгиб, нажатие) в электрический сигнал. Например, из PVDF можно изготовить сенсорные панели для игровых контроллеров и тактильных интерфейсов. Можно создать электронную кожу для роботов - пьезоэлектрические сенсоры, размещенные на поверхности робота дадут ему осязание посредством определение силы касания и распределения давления.
По химическим свойствам, PVDF инертен к кислотам, растворителям, углеводородам и большинству агрессивных сред. Стабилен под действием солнечного света и атмосферных воздействий, нетоксичен и биосовместим. Влагопоглощение пластика очень низкое, негигроскопичен. Температура плавления 180–190°C, эксплуатации - до 150°C.
Используется в химической промышленности: трубы, фитинги, клапаны и насосы для перекачки агрессивных жидкостей. Защитные покрытия для оборудования, работающего в агрессивных средах.
Подходит для микрофлюидных чипов - лабораторий на чипе для химических реакций.
Используется PVDF и в электронике: связующее для электродов литий-ионных батарей, диэлектрик для конденсаторов, изоляция для проводов в авиации и космической технике.
Используется в медицине как компонент биосовместимых имплантатов. Например, томские онкологи применяют 3D-печатные имплантаты из PVDF.
Проблемы 3D-печати PVDF
PVDF считается капризным материалом, требующим опыта и правильно настроенного оборудования.
Обладает высокой усадкой - значительно сжимается при охлаждении в процессе 3D-печати, что приводит к отрыву от печатного стола и искажению геометрии детали.
В наших опытах усадка при печати детали с 100% заполнением составила 4%, что при температурах стола 120°С, приводило к неминуемому отрыву от стола и порче изделия.
При повышении температуры стола 3D-принтера от 130°С и до 150°С - небольшие детали хорошо держались на столе и печать шла до конца.
Также нужно знать, что PVDF может быть опасен - при превышении температуры печати в 265°C он начинает деградировать с выделением опасных газов.
Результаты 3D-печати PVDF
Пластик PVDF нам предоставил для испытаний отечественный производитель "Полюс Про Инжиниринг".
Печать велась на высокотемпературном 3D-принтере Faberant Cube нашей разработки.
Первые пробы были неудовлетворительными - печать этим пластиком без тщательного подбора параметров действительно невозможна.
Далее мы подобрали оптимальные параметры и получили хороший результат. К сожалению, пластик PVDF капризный, если печатать им быстро, как обычными пластиками, то ничего не получится.
Нам пришлось драматически снизить скорость печати, чтобы получить хороший внешний вид деталей и хорошую адгезию слоев для всех наших тестовых заданий. Если обычным АБС пластиком мы могли печатать на линейной скорости 200 мм/сек с потоком экструдера до 106 см3/час, то PVDF только на скорости 9 мм/сек с потоком 0,9 мм3/с. При повышении скорости адгезия слоев начинала ухудшаться. При повышении температуры печати для мелких деталей, становился заметным перегрев детали с ухудшением внешнего вида.
Печать велась с помощью сопла с медным ядром нашей разработки, которое полностью прогревает весь объем пластика внутри себя, что требуется для современной очень быстрой печати.
Уверены, что скорость печати PVDF для более крупных деталей с более разреженной заливкой можно поднять еще в 2-3 раза, но для каждой детали нужно будет тщательно подбирать все параметры. Мы были ограничены тестовым образцом в 100 грамм пластика PVDF, поэтому не дошли до тестов печати крупных изделий.
Печать PVDF проводилась в следующей конфигурации:
3D-принтер Faberant Cube
Сопло с медным ядром, диаметр 0,5 мм
Высота слоя 0,2 мм
Температура стола: 130°С
Температура сопла: 220°С
Скорость печати: 9 мм/сек
Общий результат печати из PVDF:
Печать трубки из PVDF:
Печать полоски из PVDF:
Печать крышки из PVDF:
Похоже, что эта статья - первая в отечественном сегменте сети с реальными фотографиями результатов печати PVDF. Если в знаете еще примеры, дайте ссылки в комментариях, хочется сравнить результаты.
Еще больше интересных статей
Нанообзор на аметистовый PETG+ от LIDER-3D.
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Печать карбоном (PETG CF)
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Постобработка прозрачных пластиков 'Filamentarno!'
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.








Комментарии и вопросы
Народ просто бесит, что она ок...
Ну я тут новенький и мне можно...
О, а это крутой лайфхак – не м...
При печати детали, не пропечат...
Не получается сделать качестве...
В чём разница между этими смаз...
Всем привет. Драйвер a4988 (22...