Обзор композитных материалов на основе PLA

Shaman375
Идет загрузка
Загрузка
05.05.2019
2694
14
печатает на TEVO Black Widow
Расходные материалы

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

16
Статья относится к принтерам:
TEVO Black Widow
Добрый день, уважаемый читатель!

Как-то в чате я обмолвился, что работаю с композитными полимерными материалами, и меня сразу же спросили что же это за зверь и с чем его едят.

Поплутав на просторах рунета я так и не нашел статей, которые более менее раскрывали бы суть композитных полимерных материалов. Поэтому я и решил написать эту обзорную статью, которая даст представление о том, что же такое композиты, их основные виды и отличия. Также мне хотелось бы показать как всё-таки выглядят наполнители композитных материалов, да и сами эти материалы под микроскопом.
В данной статье речь пойдёт о композитах на основе PLA:
  • PLA с металлическими наполнителями
  • PLA с деревянными наполнителями
  • PLA с углеродными наполнителями



Что такое композитные материалы?


Композитные материалы - это многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, и обладающие высокой прочностью, жесткостью и т.д.

На фотографиях ниже представлено то, как выглядит поверхность образцов под микроскопом, а также как выглядят сами наполнители.

Микрофотографии наполнителей:

1) порошок бронзы;

2) порошок меди;

3) порошок карбонильного железа;

4) древесная мука



Микрофотографии поверхности образцов:

1) PLA+10 вес.% бронза;

2) PLA+0,5 вес.% Углеродные Нано Трубки;

3) PLA+30 вес.% бронза;

4) PLA+30 вес.% медь

PLA с металлическими наполнителями



PLA c металлическими наполнителями получил широкий охват рынка: в данный момент многие производители предлагают композитные материалы с различными металлами.

Что же такое композитный PLA? Это полимерный композитный материал, имеющий полилактидную матрицу и различные металлические наполнители с диапазоном наполнения от 5-40% от массового объёма.

На сегодняшний день это:

PLA с медью
PLA с латунью
PLA с бронзой
PLA со сталью
PLA с железом
PLA с деревянными наполнителями - WOOD PLA

Как правило, WOOD состоит из около 70% PLA и 30% древесного волокна. Из-за добавленной древесины он имеет тенденцию быть более хрупким, по сравнению с обычным PLA, и ломается намного легче.
Ранние композитные материалы были сделаны из опилок, но напечатанные модели по своему внешнему виду были больше похожи на картон, чем на древесину. Преимущество данного материала заключалось в его большей гибкости из-за использования новых технологий изготовления и более длинных древесных волокон. Объекты, напечатанные Wood PLA, будут выглядеть, пахнуть и обрабатываться подобно древесине.
В зависимости от производителя, а также используемых им древесных волокон, можно найти материалы с различными наполнителями: бамбук, берёза, кедр, пробковое дерево, олива, сосна и кокос.
PLA с углеродными наполнителями

В композитном PLA с углеродным волокном используют наноразмерные углеродные волокна, которые вводятся в основной материал для улучшения его свойств. Эти волокна чрезвычайно прочны и приводят к увеличению прочности и жесткости нити.

Микрофотографии наполнителей:

а) технический углерод;

б) однородные углеродные нанотрубки



Сканирующая электронная микроскопия:

а) PLA/Графит;

б) PLA/Графит/Углеродные нанотрубки



Детали из этого композита будут намного легче и более стабильными по размерам, так как волокна предотвратят усадку детали по мере ее охлаждения. Настройки печати, такие как температура печати, скорость, адгезия к слою и скорости экструзии, очень похожи на настройки для печати основным материалом, к которому были добавлены волокна (например, стандартные настройки PLA).

а) подложка;

б) охлаждающий радиатор



Прототип истребителя:
В заключении

Потенциал композитных материалов для 3D-печати очень высок. Их можно применять при создании предметов интерьера и декора, различной атрибутики для имитации металлов, элементов костюмов и одежды (накладки, пуговицы, значки), корпусов ручек и накладок, бюстов и статуй, а также для различных украшений. Композиты с углеродным наполнением отлично подойдут для авиамоделирования, а также для производства прототипов, в которых необходимо совместить прочность и лёгкость.

Техническая сводка

Так как данные материалы созданы на основе PLA, к ним применимы все настройки и условия печати для PLA. В случае с композитами, содержащими металлические компоненты, температурные режимы могут оказаться ниже, чем для чистого материала, что связано с теплопроводностью наполнителей.

Для печати данными композитами рекомендуется применять стальные сопла из-за того, что материал наполнен наночастицами. Данные частицы оказывают внутреннее воздействие на сопло, растачивая его во время печати.

Например, композит с железом расточил латунное сопло диаметром 0.4 мм до диаметра 0.65 мм всего за 300 грамм израсходованного материала.

Ссылки на источники:

https://www.proto-pasta.com/ - по ссылке можно найти большинство перечисленных материалов из статьи, а также их технические характеристики. Все изображения взяты с данного сайта.

https://www.simplify3d.com/support/materials-guide/carbon-fiber-filled/ - по ссылке можно найти пластик с углеродным наполнением, рекомендуемые температурные параметры и настройки печати для данного пластика.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

16
Комментарии к статье

Комментарии

06.05.2019 в 05:57
1

Интересно. Очень познавательно.
А как обрабатывали поверхность моделей, напечатанных металлонаполнеными пластиками для придания металлического блеска? 

А с наполнителем - алюминиевая пудра не работали? Очень интересно посмотреть на ваши модели после пост обработки. 

06.05.2019 в 18:48
1

Для блеска надо зачистить мелкозернистой наждачкой а потом заполировать пастой гои. 

07.05.2019 в 04:49
0

Поробуйте АБС металлонаполненный. Потом напечатанную фигурку надо опустить в дихлорэтан на 3-10 секунд и высушить. Если всё сделано правильно, то отличить от литья можно будет только по весу фигурки.

Будет отсутствовать еще одно свойство металла - звук. 
Звук будет глухой, а у отливки - звонкий

07.05.2019 в 08:38
0

Замечательно! Никогда не использовал композитные материалы. Открывается новое поле для разработки.
А оксиды появились самостоятельно (на первом фото)? Или это стилизация?

07.05.2019 в 14:36
0

А где можно приобрести эти пластики?
дайте ссылки пожалуйста

07.05.2019 в 17:25
0

Практически все фотографии в посте это с сайта ProtoPasta. Там филаменты конечно очень крутые но и очень дорогие.
https://www.proto-pasta.com/collections/new-releases-favorites/products/copper-metal-composite-htpla
Не рассказано самое интересное, что для получения подобных эффектов нужно не просто шкурить и полировать а предварительно еще и подвергать коррозии поверхности. Это видно хотя бы по тому, что у медных, бронзовых и т.д. филаментов конечный результат имеет тени в углублениях или зеленоватые оттенки. Просто полировкой такое не получить. А еще у отечественных производителей часто не получается произвести достойные заменители, чаще результат получается интересный, но совсем не такой и еще чаще совсем не подверженный полировке.

07.05.2019 в 17:32
0

У Российских  производителей нет подобных?

08.05.2019 в 11:10
0

Пробовали многие варианты из вышеописаных делать в PrintProduct. Но получилось весьма так себе. Деревянный филамент вообще овсянку напоминал. Металлические неплохо получались у BestFilament, незнаю остались ли они экспериментальными или пошли в серию. Но бронза была немного не такая как у ProtoPasta, хотя и достаточно интересно получилсь.
Хорошие деревянные 3-х оттенков делал ABS-maker но так как использовалось дорогое исходное сырье ценник выходил тоже дороговат и в итоге пластик продавался мотками грамм по 250 наверное... Быстро закончился и вроде больше не намечается повторений.
Карбоновые вроде входят в моду и уже есть у многих отечественных производителей.
Но, если хотите более дешевых заменителей европейским композитным пластикам, наверное стоит закупиться в Китае.

08.05.2019 в 11:29
0

Спасибо... видимо пока придется в Китае искать...

08.05.2019 в 11:41
0

Я брал китайский Wood, по цене 450 за пол кило, но это на внутреннем рынке, а потому еще доставка через склад добавила рублей 300. И он получился каким-то промежуточным. Не такой как эталонный филамент с деревом, но и не совсем PLA. Фактура распечаток матовая и приятная, но на дерево не совсем похожа, хотя то что в нём есть какой-то наполнитель это бесспорно, так как один из экструдеров с мелкими зубчиками начинал зажовывать пруток и переставал его толкать. А пара других с хорошим зацепом работали нормально.

08.05.2019 в 20:27
0

Хотелось бы еще знать теплопроводные и электропроводные свойства композитных пластиков

09.05.2019 в 09:26
0

Теплопроводность в несколько раз выше чем у пластиков без наполнителя. Электроводность - сопротивление больше 10 Мом. Теплороводные и электропродные пластики для 3D печати существуют. Сопротивление электпроводных пластиков около 1кОм на метр - но в зависимости от типа пластика, наполнителя и концентрации наполнителя - сопротивление может сильно меняться. У U3print на сайте есть несколько типов электрпроводных пластиков с их характеристиками.

09.05.2019 в 15:20
0

Спасибо

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Лампа- Ночник

Магнитная палочка для труднодоступных мест )

Игрушки для детей

Эксклюзивный кальян на принтере - да легко!))

Спасение настольной лампы Globo Famous

Восстановление сопел для 3d принтера