Подбор материалов

Подбор материалов для 3D‑печати: руководство от VELES 3D PRINT

Выбор материала — ключевой этап при планировании 3D‑печати. От него зависят прочность, долговечность, внешний вид и стоимость изделия. Компания VELES 3D PRINT помогает клиентам подобрать оптимальный материал под конкретные задачи, учитывая:

• функциональные требования к детали;

• условия эксплуатации;

• бюджет проекта;

• сроки изготовления.

В этой статье разберём основные типы филаментов, их свойства и сферы применения.

Почему правильный подбор материала так важен?

Ошибочный выбор приводит к:

• преждевременному износу изделия;

• деформации при нагрузках или перепадах температур;

• лишним затратам на перепечатку;

• нарушению технологических процессов.

Грамотный подбор, напротив, обеспечивает:

• соответствие детали техническим требованиям;

• экономию времени и средств;

• долгий срок службы изделия;

• предсказуемое поведение материала в эксплуатации.

Основные категории материалов для 3D‑печати

1. Термопласты общего назначения

PLA (полилактид)

• Плюсы: экологичность, лёгкость печати, богатая цветовая гамма, низкая усадка.

• Минусы: невысокая термостойкость (+50…+60 °C), хрупкость при ударных нагрузках.

• Применение: прототипы, учебные модели, декоративные изделия, упаковка.

• Типичные параметры: прочность на растяжение — 50–60 МПа, удлинение при разрыве — 3–6 %.

PETG (модифицированный полиэтилентерефталат)

• Плюсы: ударопрочность, влагостойкость, химическая стойкость, прозрачность.

• Минусы: склонность к образованию нитей при печати.

• Применение: корпуса приборов, ёмкости, функциональные прототипы.

• Параметры: прочность — 50–70 МПа, термостойкость — до +80 °C.

2. Инженерные пластики

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол)

• Плюсы: ударная прочность, термостойкость (+80…+100 °C), лёгкость механической обработки.

• Минусы: усадка при охлаждении, запах при печати.

• Применение: корпусные детали, автомобильные компоненты, инструменты.

• Параметры: прочность — 35–50 МПа, удлинение — 10–25 %.

Nylon 12 (полиамид)

• Плюсы: износостойкость, низкий коэффициент трения, гибкость, устойчивость к маслам.

• Минусы: гигроскопичность (требует просушки).

• Применение: шестерни, втулки, шарниры, гибкие элементы.

• Параметры: прочность — 45–60 МПа, удлинение — 150–300 %.

ASA (акрилонитрилстиролакрилат)

• Плюсы: УФ‑стойкость, термостойкость до +100 °C, атмосферостойкость.

• Минусы: более высокая стоимость, чем у ABS.

• Применение: наружные детали, автомобильные элементы, уличные конструкции.

• Параметры: прочность — 40–50 МПа, усадка — 0,4–0,7 %.

3. Эластичные материалы

TPU (термопластичный полиуретан)

• Плюсы: гибкость, амортизация ударов, износостойкость.

• Минусы: сложность печати (требуется точная настройка экструдера).

• Применение: демпферы, уплотнители, рукоятки, чехлы.

• Параметры: твёрдость — 60–95 Shore A, удлинение — 300–600 %.

4. Фотополимеры (для SLA/DLP‑печати)

Стандартные смолы

• Плюсы: высокая детализация, гладкая поверхность, широкий выбор цветов.

• Минусы: хрупкость, ограниченная термостойкость.

• Применение: ювелирка, прототипы, миниатюрные детали.

Инженерные смолы

• Плюсы: повышенная прочность, термостойкость, гибкость.

• Минусы: выше стоимость, требует постотверждения.

• Применение: функциональные прототипы, испытательные образцы.

5. Композитные материалы

Углепластик (карбон)

• Плюсы: высочайшая прочность и жёсткость при малом весе.

• Минусы: высокая стоимость, абразивность (износ сопел).

• Применение: аэрокосмос, спортивные товары, нагруженные элементы.

Стеклонаполненные пластики

• Плюсы: жёсткость, термостойкость, уменьшение усадки.

• Минусы: повышенная хрупкость.

• Применение: конструкционные детали, корпуса.

Критерии выбора материала

1. Механические свойства

   • Прочность на растяжение/сжатие.

   • Ударная вязкость.

   • Модуль упругости.

   • Твёрдость.

2. Термические характеристики

   • Температура стеклования (Tg).

   • Максимальная рабочая температура.

   • Термостойкость при длительной нагрузке.

3. Химическая стойкость

   • Устойчивость к воде, маслам, растворителям.

   • Биосовместимость (для медицинских изделий).

4. Эстетические параметры

   • Цвет и прозрачность.

   • Текстура поверхности.

   • Возможность постобработки (шлифовка, покраска).

5. Экономические факторы

   • Стоимость филамента.

   • Расход материала.

   • Время печати.

Как мы подбираем материал для вашего проекта?

1. Анализ ТЗ

   • Обсуждаем назначение детали.

   • Уточняем условия эксплуатации (температура, нагрузки, среда).

   • Определяем ключевые требования (прочность, гибкость, прозрачность).

2. Тестирование образцов

   • Печатаем тестовые образцы из разных материалов.

   • Проверяем их на соответствие требованиям.

   • Демонстрируем заказчику для выбора.

3. Оптимизация параметров печати

   • Подбираем температуру экструдера и стола.

   • Настраиваем скорость и ретракт.

   • Определяем необходимость поддержек и их конфигурацию.

4. Постобработка

   • Рекомендудуем методы шлифовки, склейки, покраски.

   • Предлагаем защитные покрытия (лаки, грунты).

5. Документация

   • Предоставляем сертификаты на материалы.

   • Составляем отчёт о тестировании.

   • Даём рекомендации по эксплуатации.

Примеры подбора материалов для реальных задач

1. Корпус прибора для улицы

   • Требования: УФ‑стойкость, термостабильность, ударопрочность.

   • Решение: ASA или ABS+PC‑композит.

2. Шестерня для редуктора

   • Требования: износостойкость, низкий коэффициент трения.

   • Решение: Nylon 12 с добавлением молибдена.

3. Медицинский фиксатор

   • Требования: биосовместимость, гибкость, стерилизуемость.

   • Решение: медицинский TPU или фотополимер класса BioSafe.

4. Декоративная панель интерьера

   • Требования: эстетика, лёгкость обработки, цветостойкость.

   • Решение: PLA с глянцевой постобработкой или PETG.

5. Нагруженный кронштейн

   • Требования: высокая прочность, жёсткость, малый вес.

   • Решение: углепластиковый филамент или SLS‑печать полиамидом.

Типичные ошибки при выборе материала

• Игнорирование усадки. Приводит к искажению геометрии (особенно у ABS).

• Недооценка гигроскопичности. Влажный филамент вызывает дефекты печати.

• Неправильный расчёт нагрузок. Хрупкие пластики ломаются при ударных воздействиях.

• Экономия на качестве. Дешёвые аналоги часто имеют нестабильные свойства.