Rodzaje filamentów do druku 3D — przegląd i porównanie materiałów FDM

Jak czytać porównanie filamentów

Filament to termoplastyczny pręt nawinięty na szpulę, który drukarka FDM topi w dyszy i układa warstwami. Każde tworzywo ma własne okno temperatur dyszy i stołu, a także inny charakter gotowej części. Zakresy podane w tym artykule pochodzą z przewodnika materiałowego Simplify3D, bazy wiedzy Prusa i kart technicznych filamentów. Traktuj je jako punkt odniesienia: konkretny producent może zalecać inne wartości, a barwniki i modyfikatory przesuwają je o kilka lub kilkanaście stopni.

Ważniejsze od temperatury dyszy są trzy pytania o samą część: w jakiej temperaturze będzie pracować, czy będzie uderzana, zginana lub ścierana i czy trafi na słońce lub do wilgotnego otoczenia. Temperatura druku mówi głównie o tym, jakiego sprzętu wymaga materiał, a nie o tym, ile ciepła zniesie wydruk.

Artykuł opisuje także tworzywa, których Fabrix3D nie ma w ofercie. Zamówić u nas można PLA, PETG, PCTG, PETG FR, ASA, TPU, PA12 CF i iglidur I150PF; ABS, niewzmocniony nylon, poliwęglan, polipropylen oraz filamenty specjalne omawiamy jako tło do porównania i do rozmowy z innymi wykonawcami.

PLA, PLA+ i kopoliestry PETG oraz PCTG

PLA drukuje się typowo w 190–220 °C, a podgrzewany stół (45–60 °C) jest opcjonalny. To materiał tani, sztywny i dokładny wymiarowo, dlatego dobrze nadaje się do modeli koncepcyjnych, makiet i elementów dekoracyjnych. Wady są dwie: kruchość przy uderzeniu i niska odporność cieplna. Według bazy wiedzy Prusa PLA mięknie i odkształca się powyżej 60 °C, a promieniowanie UV stopniowo je degraduje.

PLA+ i „tough PLA” nie mają jednej definicji: każdy producent dodaje do PLA własne modyfikatory, na przykład elastomery lub polimery akrylowe. W teście CNC Kitchen taka odmiana była około czterokrotnie bardziej udarna od zwykłego PLA i przy przeciążeniu raczej się uginała, niż pękała. Jednocześnie była mniej sztywna, nie miała większej wytrzymałości statycznej i zmiękła w tej samej temperaturze co zwykłe PLA. PLA+ poprawia więc odporność na uderzenia, ale nie nadaje się lepiej do cieplejszego otoczenia.

PETG drukuje się w 230–250 °C na stole 75–90 °C. Mało się paczy, dobrze trzyma stół, jest odporny na wilgoć i mniej kruchy od PLA, za to łatwo tworzy nitki i słabo mostkuje. PCTG to kopoliester z tej samej rodziny, drukowany w 250–270 °C. Karta Fiberlogy podaje dla niego udarność z karbem około 92 kJ/m² i temperaturę ugięcia HDT 76 °C przy 0,45 MPa. Szczegółowe porównanie dwóch najpopularniejszych materiałów znajdziesz w poradniku PLA czy PETG.

ABS i ASA: więcej ciepła, więcej wymagań

ABS drukuje się w 220–250 °C na stole 95–110 °C. Jest udarny, odporny na ścieranie i zachowuje kształt w wyższej temperaturze niż PLA, ale przy stygnięciu wyraźnie się kurczy. Efektem jest paczenie, odklejanie się narożników i pęknięcia między warstwami, dlatego przy większych częściach zaleca się zamkniętą komorę. Podczas druku ABS wydziela wyraźny zapach, więc wymaga wentylacji.

ASA powstało jako odporniejsza na UV odmiana ABS, w której zmieniono rodzaj kauczuku. Drukuje się je w podobnych warunkach (220–245 °C, stół 90–110 °C) i ma zbliżone właściwości mechaniczne, ale dużo lepiej znosi słońce i pogodę. Dlatego ASA wybiera się do obudów zewnętrznych, osłon i elementów montowanych na zewnątrz pojazdów. Kiedy wystarczy PETG, a kiedy warto przejść na ASA, wyjaśnia poradnik PETG czy ASA. Więcej o samym ABS piszemy w artykule ABS w druku 3D.

TPU, nylon, poliwęglan i polipropylen

TPU i inne filamenty elastyczne drukuje się w 225–245 °C, wolno i najlepiej z ekstruderem bezpośrednim, bo w pełni elastyczny pręt źle przechodzi przez długą rurkę prowadzącą. Gotowa część jest miękka, tłumi drgania i dobrze znosi uderzenia. Typowe zastosowania to odboje, tłumiki drgań, nakładki chwytowe i etui.

Nylon (poliamid, PA) drukuje się w 225–265 °C na stole 70–90 °C, z klejem lub na PEI. Jest wytrzymały, częściowo elastyczny, odporny na uderzenia i ścieranie, dlatego robi się z niego koła zębate, śruby i nakrętki. Wadą jest chłonność wilgoci: filament trzeba suszyć i przechowywać szczelnie, inaczej wydruk ma pęcherze i traci wytrzymałość. Poliwęglan (PC) wymaga 260–310 °C, stołu 80–120 °C, w pełni metalowego hotendu i zamkniętej komory. Daje bardzo udarne, odporne na ciepło części, ale mocno się paczy i chłonie wodę.

Polipropylen (PP) drukuje się w 220–250 °C na stole 85–100 °C. Dobrze znosi uderzenia i zmęczenie, dlatego nadaje się na zawiasy filmowe, czyli cienkie, wielokrotnie zginane mostki, a także na pojemniki. Trudno go jednak przykleić do stołu (najlepiej trzyma się samego siebie, np. szerokiej taśmy pakowej) i mocno się paczy, więc w usługach druku FDM jest rzadki.

Kompozyty i filamenty specjalne

Kompozyty to tworzywo bazowe z dodatkiem ciętych włókien węglowych (CF) lub szklanych (GF). Włókna zwiększają sztywność i ograniczają skurcz przy stygnięciu, więc części są stabilniejsze wymiarowo. Są jednak ścierne i szybko niszczą mosiężne dysze, dlatego wymagają dysz hartowanych. Sam filament bywa też bardziej kruchy i łatwiej zatyka dyszę. Na bazie nylonu powstaje kompozyt PA12 CF, wybierany do sztywnych części technicznych.

• Filamenty drewnopodobne: tworzywo z domieszką drewna, drukowane w 190–220 °C. Dają drewnianą fakturę, ale lepiej drukują się z dyszy 0,5 mm lub większej, bo w mniejszej mogą tworzyć zatory.
• Filamenty z proszkiem metalu: cięższe od zwykłego PLA i z metalicznym wyglądem, ale kruche i ścierne, więc wymagają dyszy hartowanej. Stosuje się je do rzeźb, replik muzealnych i biżuterii.
• Filamenty świecące w ciemności: zawierają pigment fosforyzujący, który jest ścierny i szybko zużywa mosiężną dyszę.
• PVA i BVOH: rozpuszczalne w wodzie materiały podporowe, łączone z PLA, bo mają zbliżoną temperaturę druku. Oba są bardzo higroskopijne; PVA jest zwykle tańszy, ale łatwiej zatyka dyszę.

Tabela porównawcza filamentów

Jak wybrać filament: pytania o warunki pracy

• Jaka będzie najwyższa temperatura części? Wnętrze samochodu w słońcu albo sąsiedztwo silnika czy lampy wykluczają PLA; tam punktem wyjścia są ASA, kompozyty nylonowe lub materiały wysokotemperaturowe.
• Czy część będzie na zewnątrz? Przy stałej ekspozycji na UV i pogodę ASA jest lepszym wyborem niż ABS czy PLA.
• Czy element będzie uderzany, zginany lub zatrzaskiwany? Wtedy PETG, PCTG lub nylon są bezpieczniejsze od sztywnego, kruchego PLA.
• Czy liczy się sztywność i stabilność wymiarowa? Kompozyty z włóknem węglowym ugną się mniej niż czyste tworzywo.
• Czy część ma być miękka lub tłumić drgania? Wybierz TPU.
• Czy element ślizga się po wale lub innej części? Do tego służą materiały tribologiczne, na przykład iglidur I150PF z oferty Fabrix3D.