W tradycyjnych drukarkach obrazy uzyskuje się dzięki nanoszeniu tonera lub tuszu na płaską powierzchnię papieru lub folii. W drukarkach 3D, gdzie tworzone modele są przestrzenne, podstawowym materiałem eksploatacyjnym jest filament lub żywica. Dobór materiału zależy od technologii. W przypadku urządzeń pracujących w SLA są to płynne żywice, natomiast filamenty wykorzystuje się w drukarkach FFF. Dobór materiałów eksploatacyjnych powinien zależeć przede wszystkim od przeznaczenia drukowanego elementu, ponieważ poszczególne tworzywa różnią się od siebie właściwościami. W naszym artykule zajmiemy się właśnie filamentami, ich parametrami oraz możliwościami zastosowania poszczególnych materiałów.

Produkowane są z polilaktydu (kwasu polimlekowego). Materiał do produkcji filamentów PLA pozyskiwany jest ze sfermentowanej skrobi roślinnej, a filament należy do tworzyw biodegradowalnych. To ważne zważywszy na fakt, że jest on wykorzystywany przez ogromną liczbę użytkowników domowych drukarek 3D. Z jego pomocą drukuje się naprawdę spore ilości różnego rodzaju modeli. Filament PLA nie pali się, choć temperatura jego topnienia jest stosunkowo niska jak na tworzywa stosowane w drukarkach 3D – w niektórych przypadkach wystarczy podgrzać dyszę do 180 ^oC. Dla amatorów i makerów ważna jest całkowita nietoksyczność polilaktydu.

Podobne właściwości do „czystego” polilaktydu ma jego udoskonalona wersja, oferowana na rynku jako filamenty PLA+ . Wykonane z nich modele charakteryzują się trwałością i odpornością na działanie wody, nie wypaczają się i są niepalne. O ile jednak w przypadku filamentów PLA istnieje pewne ryzyko kurczenia się modelu pod wpływem niższej temperatury, o tyle przy zastosowaniu filamentów PLA Pro można nawet całkowicie zrezygnować z podgrzewania stołu roboczego. Udoskonalony polilaktyd jest gładszy od swojego poprzednika, ma wyższą odporność na pękanie (przewyższającą nawet inny trwały filament – ABS) i w przeciwieństwie do „zwykłego” PLA poddaje się obróbce poprzez wiercenie. Zarówno filamenty PLA, jak i PLA Pro stosuje się powszechnie do realizacji projektów amatorskich i półprofesjonalnych, druku figurek oraz różnych przedmiotów codziennego użytku.

Filamenty ABS

W filamentach ABS znajdziemy akrylonitrylo-butadieno-styren. To termoplastyczne tworzywo jest łatwe w formowaniu, a jednocześnie bardzo trwałe podczas obróbki. Jeśli zatem dany element wymaga np. nawiercenia otworów czy szlifowania, warto zastosować w drukarce 3D właśnie filament ABS. Podczas wykonywania wydruków należy zwrócić szczególną uwagę na ochronę detalu przed gwałtownym schładzaniem, ponieważ tworzywo to szybko kurczy się pod wpływem niskiej temperatury. Warto na czas druku filamentem ABS obudować drukarkę 3D osłoną utrzymującą ciepło. Po wydrukowaniu modele wykonane z ABS są odporne na niskie temperatury, sięgające nawet -20oC.

Akrylonitrylo-butadieno-styren doczekał się kolejnej, udoskonalonej „wersji”. W ten sposób powstały filamenty smart ABS. Za ich stworzenie odpowiada polska marka Spectrum. Modele drukowane z użyciem filamentów smart ABS są wytrzymałe, odporne na zarysowania czy pękanie pod wpływem uderzenia. Co więcej, zmniejszona została także tendencja tworzywa do kurczenia się pod wpływem niskiej temperatury. Dzięki temu o wiele łatwiej jest utrzymać pożądane wymiary detalu wykonywanego na drukarce 3D. Powierzchnia elementów wydrukowanych z filamentów smart ABS jest gładsza niż w przypadku jego poprzednika, można zatem zrezygnować z wygładzania jej oparami acetonu (co okazywało się czasem niezbędne w przypadku filamentów ABS). Zarówno detale wykonane z „czystego” akrylonitrylo-butadieno-styrenu, jak i jego udoskonalonego następcy sprawdzają się doskonale w ruchomych mechanizmach i tych elementach konstrukcji, które narażone są na działanie różnorodnych sił.

Który z projektantów nie potrzebował czasem dedykowanego elementu danej konstrukcji, wykonanego z gumy? Właśnie w takich sytuacjach z pomocą przychodzi filament TPU. Jest on produkowany z termoplastycznego poliuretanu, który w dotyku przypomina właśnie gumę. Elementy wykonane na drukarce 3D z tego właśnie tworzywa można ścisnąć, a one po odkształceniu błyskawicznie powrócą do pierwotnego kształtu. Filamenty TPU mają wiele zalet: powierzchnia wykonanych z nich modeli nie ściera się i jest odporna na działanie wielu substancji chemicznych. Termoplastyczny poliuretan bardzo skutecznie wytłumia uderzenia oraz wstrząsy. Nadaje się do drukowania dedykowanych uszczelek, opon, etui na telefony, elementów narzędzi itp.

Filamenty PETG

Materiałem do produkcji filamentów PETG jest politereftalan etylenu. To termoplastyczne tworzywo jest wodoodporne, niepodatne na zarysowania i sztywne. Wydrukowane z niego elementy mają gładką, błyszczącą powierzchnię. Korzystanie z filamentów PETG w drukarkach 3D jest dosyć proste, dlatego z materiału tego chętnie korzystają nawet początkujący adepci druku przyrostowego. Politereftalan etylenu stosować można w wielu urządzeniach, ma on uniwersalny charakter. Brak tendencji do skurczu w wyniku obniżania się temperatury sprawia, że wydruki nie podwijają się, a modele wykonane z filamentów PETG utrzymują zadane wymiary. Materiał ten ma bardzo wszechstronne zastosowanie.

Obok filamentów wykorzystywanych do drukowania elementów, które następnie mają stanowić osobny detal albo też część większego mechanizmu, istnieją również materiały stosowane jako pomocnicze w bardziej zaawansowanych wydrukach. To filamenty HIPS-X produkowane z wysoko udarowego polistyrenu. Tworzywo to całkowicie rozpuszcza się w D-limonenie, zatem można stosować je w drukarkach 3D do drukowania podpór w bardziej skomplikowanych elementach. Zasadniczy detal powstaje w takim przypadku najczęściej z filamentu ABS. Po drukowaniu model zanurza się w roztworze – podpórki z filamentu HIPS-X rozpuszczają się w ciągu kilkunastu godzin, a opracowywany element z ABS pozostaje nienaruszony.

Materiałem do produkcji filamentów ASA jest akrylonitryl-styren-akrylan. To termoplastyczne tworzywo wykazuje się bardzo dużą odpornością na warunki środowiskowe, takie jak intensywne nasłonecznienie, wiatr, wahania temperatury czy wilgoć. Dlatego elementy wykonane na drukarce 3D przy użyciu filamentu ASA mogą być montowane na zewnątrz budynków, w pojazdach, narzędziach, stacjach pogodowych czy też instalacjach OZE. Przed zastosowaniem filamentu ASA warto zwrócić uwagę na rekomendacje producenta dotyczące optymalnej temperatury druku, ponieważ między poszczególnymi produktami dostępnymi na rynku występują spore różnice.

Podsumowanie

Filamenty to podstawowe materiały eksploatacyjne do drukarek 3D. Mimo zbliżonego wyglądu (włókno o średnicy najczęściej 1,75 mm), poszczególne materiały istotnie różnią się między sobą. Dobór filamentu o odpowiednich właściwościach stanowi podstawowy warunek sukcesu w druku 3D – dzięki temu wydrukowany element będzie mógł spełniać swoją funkcję dekoracyjną, użytkową lub funkcjonalną (np. w ruchomych mechanizmach). W artykule omówiliśmy najważniejsze i najpopularniejsze rodzaje filamentów. Warto jednak pamiętać, że oprócz wymienionych, na rynku znajdziemy też m.in. filamenty z włóknem węglowym lub szklanym, a nawet filamenty drewnopodobne.