Руководство по материалам для SLS 3D-печати от TPM3D — PA11, PA12, CF, GF, PEEK и другим

В эпоху «гибкого производства» фокус 3D-печати постепенно смещается с прототипирования на производство функциональных деталей. В этом процессе селективное лазерное спекание (SLS) занимает особое место благодаря возможности изготовления сложных и прочных изделий с высокой точностью (до 0,1 мм) и повторяемостью без необходимости построения поддержек в процессе 3D-печати. 

Перед инженерами и конструкторами, использующими SLS 3D-печать, стоит задача по выбору среди десятков доступных вариантов расходных материалов, соответствующих требованиям по прочности, теплостойкости и другим параметрам. 

В этом материале представлен ассортимент расходных материалов линейки Precimid, выпускаемой компанией TPM3D, а также примеры промышленного применения с описанием основных характеристик. 

I. Критерии отбора: требования к конечной продукции

Перед выбором порошка инженерам следует оценивать проекты по четырем основным критериям:

1. Механические нагрузки: требуется ли высокая жесткость или ударная стойкость.
2. Температуры эксплуатации и химическая среда: будет ли деталь подвергаться воздействию тепла, агрессивных химикатов или влаги.
3. Соблюдение нормативных требований: требуется ли огнестойкость по стандарту UL94 V-0, биосовместимость уровня USP VI или безопасность при контакте с пищей.
4. Экономика производства: требуется ли высокая производительность или возможность повторного использования остаточных материалов для снижения себестоимости.

II. Варианты полиамида-12 (PA12)

Нейлон-12, он же полиамид-12 — самый распространенный материал в SLS 3D-печати благодаря сбалансированным механическим свойствам и исключительной размерной стабильности. TPM3D предлагает разные варианты порошков на основе нейлона-12, заточенные под разные инженерные задачи. 

1. Стандартные и высокоэффективные варианты PA12

Стандартные материалы включают:

• Precimid1172Pro (белый). Универсальный материал с возможностью повторного использования 80% остаточного порошка, что значительно снижает себестоимость деталей с сохранением исходного цвета.
• Precimid1176Pro BLK (черный). Обеспечивает высокую жесткость с модулем упругости при изгибе на уровне 1710 МПа против 1280 МПа у порошков серии 1172. Идеально подходит для применения в производстве компонентов беспилотных летательных аппаратов и сотовых конструкций.

2. Усиленные композиты на основе PA12

Когда стандартный нейлон не обладает необходимой жесткостью или термостойкостью, можно использовать композиты, усиленные специальными добавками:

• Precimid1174Pro CF (с углеволоконным наполнителем). Содержит 30% углеродного волокна, повышающего прочность на растяжение до 88 МПа — на 91% выше, чем у обычного PA12. В частности, это позволило создать микродрон с шестиграммовой, но исключительно жесткой рамой.
• Precimid1172Pro GF30 BLK (с добавлением стеклянных микросфер). Наполнитель повышает температуру тепловой деформации до 184,4°C, а также обеспечивает повышенную износостойкость. Этот композит хорошо подходит, например, для 3D-печати корпусов автоматических выключателей, способных выдерживать высокие температуры без деформаций.
• Precimid1176Pro GF30 BLK (со стекловолоконным наполнителем). Тридцатипроцентная доля стекловолокна повышает жесткость и износостойкость. Допускается повторное использование до 90% неспеченного порошка.

3. Эстетичные и биосовместимые варианты PA12

• Precimid1171Pro AF40 (с алюминиевым наполнителем). Добавление в полиамидный порошок до 40% алюминиевой пудры придает 3D-печатным изделиям металлический вид и способствует качественной механической постобработке — сверлению, нанесению резьбы и так далее.
• Precimid1171Pro (биосовместимый): Соответствует стандарту USP Class VI и подходит для 3D-печати изделий, контактирующих с пищевой продукцией, а также медицинских инструментов и хирургических шаблонов. 

Сравнение материалов TPM3D на основе нейлона-12 (PA12)

III. Прочность и гибкость: нейлон-11 и эластомеры

Для некоторых изделий требуется высокая пластичность, ударная прочность и/или способность выдерживать многократные нагрузки на изгиб:

• Precimid1180BLK (нейлон-11). Обладает повышенной прочностью и ударной стойкостью по сравнению с PA12, находит применение в производстве культеприемных гильз и защелкивающихся креплений, где неприемлема хрупкость. 
• PEBA (полиэфирблокамид). Эластичный материал с высокой стойкостью к необратимым деформациям. Подошвы из этого материала выдержали двести тысяч циклических нагрузок на изгиб, продемонстрировав более высокое сопротивление остаточным деформациям по сравнению с более привычным термопластичным полиуретаном.
• Precimid1190 (сополиамид). Обеспечивает повышенную эластичность с относительным удлинением при разрыва на уровне 280%. Это крайне важно для ортопедических фиксаторов, которые должны быть одновременно прочными и комфортными. 

IV. Конструкционные инженерные термопласты PEEK, PEKK и PPS

Для самых требовательных отраслей — аэрокосмической, нефтегазовой, химической — свойств стандартных нейлонов бывает недостаточно. Для 3D-печати тугоплавкими инженерными термопластами предназначены SLS 3D-принтеры TPM3D S320HT:

• PEEK IND (полиэфирэфиркетон). Сохраняет физико-механические свойства при тепловых нагрузках до 294°C, используется в производстве деталей авиационных и ракетных двигателей и других сверхжестких функциональных компонентов.
• PEKK IND (полиэфиркетонкетон). Огнестоек и обладает высокой жесткостью с модулем упругости при изгибе на уровне 7200 МПа.
• PPS IND (полифениленсульфид). Характеризуется высокой жесткостью, химической и коррозионной стойкостью, выдерживает температуры свыше 200°C.

V. Огнестойкие материалы

В некоторых отраслях, например производстве электромобилей и электроники, огнестойкость является неоспоримым преимуществом и зачастую диктуется стандартами безопасности:

• Precimid1171 FR BLK. Материал на основе нейлона-12, соответствующий стандарту UL94 V-0 по времени горения и самозатуханию. Используется для снижения массы деталей автомобилей, подвижных составов и авиационной техники на 40-50% с одновременным повышением пожарной безопасности.
• Precimid1171 GF30 FR BLK. Соответствует стандарту UL94 V-0 и содержит 30-процентную долю стеклянной пудры, повышающей жесткость и теплостойкость.

VI. Эффективность производства

Технология селективного лазерного спекания обеспечивает высокую производительность и быстрый возврат инвестиций. Основные преимущества SLS 3D-печати:

• Эффективное использование полезного объема. В отличие от технологии FDM 3D-печати, в рабочих камерах SLS 3D-принтеров детали можно выращивать в несколько ярусов с плотным заполнением полезного объема. Построение поддержек не требуется, так как опорой служит неспеченный порошок, заполняющий камеру по мере построения. 
• Высокая производительность. Крупноформатные SLS 3D-принтеры TPM3D S600DL оснащаются двумя лазерными источниками с повышением общей производительности на 45%.
• Повторное использование неспеченного порошка. Станция постобработки TPM3D PPS автоматизирует очистку напечатанных деталей, а также просеивание и подготовку остаточного порошка к повторному использованию, за счет чего достигается экономия до 80%. 
• Изотропность. SLS 3D-печать позволяет получать детали с высокой однородностью и прочностью по всем трем осям. Степень изотропности достигает 97-98%, а предел прочности на разрыв по оси Z — 42 МПа.

VII. Четыре шага при выборе материала для SLS 3D-печати

Шаг 1. Определите требуемые механические свойства:  

• Высокая жесткость — полиамид с углеволоконным наполнителем Precimid1174Pro CF.
• Высокая прочность на изгиб и ударная стойкость — нейлон-11 Precimid1180.
• Резиноподобный материал — PEBA или сополиамид Precimid1190.

Шаг 2. Эксплуатация при высоких температурах и в агрессивных средах:

• Детали под капотом автомобиля — стеклонаполненный нейлон Precimid1172Pro GF30.
• Тепловые нагрузки до 200°C — полиэфирэфиркетон (PEEK) или полифениленсульфид (PPS).
• Работа во влажных средах — полипропилен (PP Pro).

Шаг 3. Проверьте отраслевые стандарты:

• Электроника и бытовая техника — огнестойкий полиамид Precimid1171 FR.
• Медицинское применение и контакт с пищей — биосовместимый полиамид Precimid1171Pro.

Шаг 4: Рассмотрите экономичность и масштабируемость:

• Серийное производство — полиамид-12 Precimid1172Pro, обеспечивающий повторное использование до 80% порошка, снижая материальные потери и себестоимость деталей.
• Высококачественные прототипы — AF40 для визуальной имитации металла или белый 1172Pro для последующей покраски.

Важность правильного выбора материалов для SLS 3D-печати

Переход от прототипирования к полноценному аддитивному производству требует в первую очередь тщательного подбора материала. Если материал выбран правильно, SLS 3D-печать дает ряд преимуществ и позволяет:

• значительно ускорять разработку потребительской электроники;
• снижать массу компонентов автомобильной, авиационной и другой техники; 
• снижать себестоимость функциональных деталей за счет отсутствия необходимости в пресс-формах и специальных инструментах, а также возможности повторного использования остаточных порошков;  
• оперативно и недорого изготавливать сложную оснастку;
• заменять изделия из металлов на более дешевые аналоги из инженерных полимеров;     
• оперативно изготавливать методом реверс-инжиниринга копии деталей, не уступающие по свойствам оригинальным изделиям. 

Компания «Аврора Карбон Технолоджи» (Avrora-3D) — официальный партнер производителя SLS 3D-принтеров и расходных материалов TPM3D в РФ и странах Таможенного союза.

Avrora-3D предлагает услуги промышленной SLS 3D-печати в Москве на 3D-принтере TPM3D модель P360. Подробная информация доступна на официальном сайте.

С примерами применения промышленной SLS 3D-печати можно ознакомиться по ссылке.

Аддитивная установка TPM3D P360 в 3D-центре компании «Аврора Карбон Технолоджи»   

Реклама. ООО "Аврора Карбон Технолоджи", ИНН: 7720756428