3D печать с металлокомпозитными филаментами

Добавлено 17 июня 2019 в 02:38

Узнайте, как примесь металлических композитов в пластиковых филаментах делает детали, напечатанные на 3D принтере, похожими на металлические.

За исключением профессиональных промышленных машин, все 3D принтеры строят объекты из пластика. 3D принтеры могут использовать довольно много разных типов пластика, таких как ABS, PLA и нейлон; и они могут использовать несколько различных технологий для превращения пластикового сырья в детали. Но факт остается фактом, пластмассы являются материалами, доступными для любого настольного 3D принтера. Тем не менее, любители, используя пластиковые филаменты с другими примесями, могут создавать на 3D принтерах детали, которые выглядят и ощущаются как металлические.

Объекты, напечатанные на 3D принтере и выглядящие как металлические
Объекты, напечатанные на 3D принтере и выглядящие как металлические

Металлокомпозитные филаменты, иногда называемые филаментами с металлическими наполнителями, содержат примерно 40-60% мелкодисперсного металлического порошка, смешанного с PLA. Их не следует путать с филаментами, которые просто металлического цвета. Металлокомпозитные нити намного тяжелее, чем обычные филаменты PLA. Хотя они выглядят как металл, окисляются и подвергаются атмосферным влияниям как металл, и на ощупь они холодные, ими можно печатать на обычных 3D принтерах.

Эти специализированные филаменты доступны в нескольких различных материалах: медь, бронза, нержавеющая сталь и железо являются наиболее распространенными.

Образцы 3D печати металлокомпозитными филаментами
Образцы 3D печати металлокомпозитными филаментами
Диаграмма оценки характеристик металлокомпозитных филаментов
Диаграмма оценки характеристик металлокомпозитных филаментов

С точки зрения производительности и стоимости, металлокомпозитные филаменты для 3D печати не совсем соответствуют обычным пластиковым филаментам. Их главная ценность – внешний вид.

Помимо того, что они выглядят так, будто сделаны из металла, детали, напечатанные из металлокомпозитных нитей, намного тяжелее пластиковых деталей. Это особенно верно для деталей, напечатанных с высокой плотностью заполнения.. Их вес делает детали еще более убедительными относительно использования в качестве полузаменителей для литых металлических предметов.

Слева деталь, напечатанная черным PLA с заполнением 20%. Справа та же модель, напечатанная филаментом ColoFabb Copperfill с заполнением 20%.
Слева деталь, напечатанная черным PLA с заполнением 20%. Справа та же модель, напечатанная филаментом ColoFabb Copperfill с заполнением 20%.

Стоимость

Неудивительно, что специализированные филаменты для 3D принтеров, наполненные металлическими порошками, стоят значительно дороже, чем обычные пластиковые нити. Также металлокомпозитные филаменты выпускает ограниченное число производителей.

ColorFabb и ProtoPasta являются двумя крупнейшими и наиболее уважаемыми дистрибьютерами эти специализированных видов сырья. Цена катушки металлокомпозитного филамента зависит от типа металла и качества нити.

Стоимость металлокомпозитных филаментов
Тип филаментаСтоимость (за килограмм)
ColorFabb copperFill (наполнитель – медь)$73,32
ColorFabb bronzeFill (наполнитель – бронза)$73,32
ColorFabb steelFill (наполнитель – сталь)$73,32
Proto-Pasta Iron PLA (наполнитель – железо)$69,98
Proto-Pasta Stainless Steel PLA (наполнитель – нержавеющая сталь)$99,98

Прочность

Существует причина, по которой пластики с металлическим наполнением не используются в производстве. Композитный материал не обладает прочность, долговечностью и ковкостью чистого металла. Кроме того, добавление металлических порошков в филамент PLA делает его более хрупким, чем чистый PLA.

Объекты, напечатанные из металлокомпозитных филаментов, очень хрупкие.
Объекты, напечатанные из металлокомпозитных филаментов, очень хрупкие.

Постобработка

При использовании других типов исходного материала для 3D печати постобработка является необязательным шагом для улучшения внешнего вида ваших деталей. Для металлокомпозитных филаментов, постобработка деталей обязательна.

Сразу после принтера детали с металлическим наполнением не будут похожи на металлические. Они имеют матовую поверхность и цвет, близкий к цвету металла, который они содержат.

Эта деталь была напечатана филаментом copperFill (с медью), но до постобработки она не очень похожа на медь.
Эта деталь была напечатана филаментом copperFill (с медью), но до постобработки она не очень похожа на медь.

К счастью, постобработка металлокомпозитных деталей проста, но требует некоторого оборудования. Поскольку нити с металлическим наполением используют в качестве основного материала PLA, шлифование деталей может быть затруднено. Этот материал нагревается и быстро размягчается, создавая странный белый след. Также нет легкодоступных химикатов, которые можно использовать для полировки деталей способом, каким химически полируется ABS.

Лучший способ постобработки металлокомпозитных деталей – галтовка. Для этого используется простое устройство, состоящее из вращающегося барабана, заполненного полирующим средством (на английском данное устройство называется «rock tumbler»). Деталь после 3D печати просто помещается внутрь этого барабана, и когда барабан вращается, полирующее средство обрабатывает поверхность детали.

Детали из металлокомпозитного филамента до и после галтовки
Детали из металлокомпозитного филамента до и после галтовки

Поставщики предлагают любителям 3D печати множество полировочных материалов. Одним из наиболее популярных средств является использование небольших крепежных винтов, которые похожи на металлокомпозитный пластик. Другой вариант – маленькие кусочки нержавеющей стали размером с зерна риса.

Средство для полировки из нержавеющей стали для вращающихся стаканов
Средство для полировки из нержавеющей стали для вращающихся стаканов
После длительного вращения в стакане металлокомпозитные детали будут выглядеть гораздо более похожими на настоящий металл, а не на пластик цвета металла
После длительного вращения в стакане металлокомпозитные детали будут выглядеть гораздо более похожими на настоящий металл, а не на пластик цвета металла

Простота использования

Поскольку металлокомпозитные филаменты используют в качестве основного материала PLA, к ним могут применяться те же настройки, что и при печати с использованием PLA. Это замечательно, потому что PLA – это самый простой тип материала для 3D печати, поэтому он так популярен. Металлокомпозитный филамент печатается при низкой температуре, около 200°C. Оно может также печататься без подогрева стола. Фактически, нити с металлическим наполнителем даже менее склонны к деформации, чем обычный PLA.

Два образца печати, слева PLA, справа copperFill (наполнитель - медь), были напечатаны с одинаковыми настройками печати. На самом деле, обе модели использовали для печати один и тот же g-код.
Два образца печати, слева PLA, справа copperFill (наполнитель – медь), были напечатаны с одинаковыми настройками печати. На самом деле, обе модели использовали для печати один и тот же g-код.

Тем не менее, есть несколько предостережений при использовании нитей с металлическим наполнителем, что делает их более сложными в использовании, чем обычные PLA нити.

Во-первых, металлический порошок в филаменте делает этот тип специализированного сырья более абразивным, чем чистый пластик. Большинство 3D принтеров поставляются с латунным соплом. Однако латунь является относительно мягким металлом, и она может стираться абразивными металлокомпозитными филаментами, медленно снижая качество печати вашего принтера.

Слева стандартное латунное сопло после многих часов печати, в том числе около 3 кг филамента с металлическим наполнителем. Справа совершенно новое закаленное сополо. Вы можете видеть, что сопло слева начало разрушаться абразивным металлокомпозитным филаментом.
Слева стандартное латунное сопло после многих часов печати, в том числе около 3 кг филамента с металлическим наполнителем. Справа совершенно новое закаленное сополо. Вы можете видеть, что сопло слева начало разрушаться абразивным металлокомпозитным филаментом.

Во-вторых, нити с металлическим наполнителем выполняют мосты не так хорошо, как чистые пластмассы, и при этом они также не выполняют навесы так хорошо, как другие материалы. Как упоминалось выше, металлокомпозитные филаменты намного тяжелее, чем обычные пластмассы, что делает этот материал более сложным для удержания навесных элементов в воздухе, пока пластик затвердевает.

Содержание металла в металлокомпозитном филаменте также позволяет материалу дольше удерживать тепло, по сравнению с обычным пластиком. На самом деле, это является хорошей характеристикой для предотвращения деформации, поскольку это означает, что детали охлаждаются медленнее и равномернее. Тем не менее, это также затрудняет выполнение мостом и навесов.

Для достижения лучших результатов детали должны быть спроектированы с минимальным количеством мостов и навесов – в противном случае вам понадобится дополнительный материал для поддержек. Если у вашей детали есть навесы, не забудьте включить генерирование поддержек под довольно большим углом.

Использование поддержек для нависающих элементов печатаемого объекта
Использование поддержек для нависающих элементов печатаемого объекта

Настройки принтера

Настройки принтера при печати металлокомпозитными филаментами
Настройки принтера при печати металлокомпозитными филаментами

Наиболее подходящие проекты для печати филаментом с металлическим наполнителем

Декоративные объекты

Учитывая, что металлокомпозитные филаменты в основном полезны своими эстетическими свойствами, то они очень подходят для декоративных объектов печати: настольные статуэтки, фигурки, пресс-папье, настенные изображения – вот некоторые примеры обычных декоративных предметов, выполненных из композитного пластика.

Ювелирные изделия

Из филамента с металлическим наполнителем могут быть напечатаны ювелирные изделия, что позволяет дизайнерам создавать прототипы проектов или даже печатать образцы продукции без необходимости отливки из металла.

Визуальные прототипы

Металлокомпозитные филаменты также могут использоваться для создания визуальных прототипов металлических деталей. Детали, напечатанные из пластика с металлическим наполнителем, выглядят как литые металлические детали, но их изготовление на порядок дешевле. Следовательно, этот материал полезен для моделирования внешнего вида детали, которая впоследствии будет изготовлена из металла.


На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке