Обзор композитных материалов на основе PLA

Подписаться на 3Dtoday
Shaman375
Идет загрузка
Загрузка
05.05.19
2187
15
печатает на TEVO Black Widow
Расходные материалы
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.
c57a94cc025794dacbd8f80273d2243d.png
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:
b481cc37c128f3a03718761bd2655a74.png
1) порошок бронзы;
2) порошок меди;
3) порошок карбонильного железа;
4) древесная мука


Микрофотографии поверхности образцов:
90e196b4fe6924b734d998d9c048b641.png
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
f47df89d837ba9aeee593a68bf03eb4d.png
PLA с латунью
6bd4c59b49af7520d224438012930543.png
PLA с бронзой
ae0b767bdd7aa6e77b3881e41e5add28.png
PLA со сталью
86fe04d407ebbd441416feb8aaec725b.jpg
8e34c0aaf55e2c8e882a1162df3dcc51.jpg
PLA с железом
7618e6f6aee354a9361ba9a57f23e18e.jpg
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.
898314a9c605f01b63e1d4b42777f6db.jpg
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.
96b0194ff9b56b32f5a9275c7602bab8.jpg
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.
b63cefa00a065c80c0f871aba80cdfb9.jpg
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:
708d1797c1b1e11cd66c7e7a3296a235.png
а) технический углерод;
б) однородные углеродные нанотрубки

Сканирующая электронная микроскопия:
09a4e992da6ad72d3f5e693107659588.png
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).
ac4ce56f55669b1ff7f31bbd7c2799d0.png
а) подложка;
б) охлаждающий радиатор
Прототип истребителя:
206970d13c4cfcfcb0631e08b0fa612a.jpg
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.
Подписаться на 3Dtoday
16
Комментарии к статье

Комментарии

06.05.19 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.
06.05.19 в 18:48
1
Для блеска надо зачистить мелкозернистой наждачкой а потом заполировать пастой гои.
07.05.19 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.
07.05.19 в 08:02
0
Будет отсутствовать еще одно свойство металла - звук.
Звук будет глухой, а у отливки - звонкий
07.05.19 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?
07.05.19 в 14:36
0
А где можно приобрести эти пластики?
дайте ссылки пожалуйста
07.05.19 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.
07.05.19 в 17:32
0
У Российских производителей нет подобных?
08.05.19 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.
08.05.19 в 11:29
0
Спасибо... видимо пока придется в Китае искать...
08.05.19 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.
08.05.19 в 20:27
0
Хотелось бы еще знать теплопроводные и электропроводные свойства композитных пластиков
09.05.19 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.
09.05.19 в 15:20
0
Спасибо

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Impossible Objects анонсировала CBAM 3D-принтер второго поколения

Неограниченные возможности дизайна с BigRep ONE

Команда Йозефа Пруши выпустила слайсер PrusaSlicer 2.0

ИНСТРУКЦИЯ Настройка механики ОСИ Z. Creality Ender 3

Компания BigRep анонсировала промышленный FDM 3D-принтер Studio G2

Обновление мозгов FlashForge Dreamer