Heeft u zich ooit afgevraagd waarom 3D-printtechnologie steeds populairder wordt en oudere, traditionele productietechnologieën vervangt?
Als je probeert redenen op te sommen waarom deze transformatie plaatsvindt, zal die lijst vrijwel zeker beginnen met maatwerk. Mensen zijn op zoek naar personalisatie. Ze zijn minder geïnteresseerd in standaardisatie.
Deze verschuiving in het gedrag van mensen en het vermogen van de 3D-printtechnologie om te voorzien in de behoefte van mensen aan personalisatie door middel van maatwerk, zorgen ervoor dat de traditionele, op standaardisatie gebaseerde productietechnologieën vervangen kunnen worden.
Flexibiliteit is een verborgen factor in de zoektocht van mensen naar personalisatie. En het feit dat er flexibel 3D-printmateriaal op de markt is waarmee gebruikers steeds flexibelere onderdelen en functionele prototypes kunnen ontwikkelen, is voor sommige gebruikers een bron van pure gelukzaligheid.
3D-geprinte mode en 3D-geprinte protheses zijn voorbeelden van toepassingen waarbij de flexibiliteit van 3D-printen gewaardeerd moet worden.
3D-printen van rubber is een gebied dat nog in onderzoek is en zich nog moet ontwikkelen. Maar voorlopig hebben we nog geen technologie voor 3D-printen van rubber. Totdat rubber volledig printbaar is, zullen we het met alternatieven moeten doen.
En volgens onderzoek zijn thermoplastische elastomeren het beste alternatief voor rubber. Er zijn vier verschillende soorten flexibele materialen die we in dit artikel uitgebreid zullen bekijken.
Deze flexibele 3D-printmaterialen heten TPU, TPC, TPA en Soft PLA. We beginnen met een korte uitleg over flexibele 3D-printmaterialen in het algemeen.
Wat is het meest flexibele filament?
Als u voor uw volgende 3D-printproject flexibele filamenten kiest, opent dat een wereld aan verschillende mogelijkheden voor uw prints.
U kunt met uw flexfilament niet alleen een breed scala aan objecten printen, maar als u over een extruder met twee of meerdere koppen en een printer beschikt, kunt u ook de meest verbluffende dingen met dit materiaal printen.
Onderdelen en functionele prototypes, zoals op maat gemaakte slippers, stressbalkoppen of gewoon trillingsdempers, kunnen met uw printer worden geprint.
Als u vastbesloten bent om Flexi-filament te gebruiken bij het printen van uw objecten, dan slaagt u er ongetwijfeld in om uw verbeelding zo dicht mogelijk bij de realiteit te brengen.
Tegenwoordig zijn er zoveel mogelijkheden op dit gebied dat het moeilijk voor te stellen is hoe lang de wereld van 3D-printen al niet meer bestaat zonder dit printmateriaal.
Voor gebruikers was printen met flexibele filamenten destijds een enorme uitdaging. De oorzaak was een samenloop van omstandigheden, die allemaal te maken hadden met het feit dat deze materialen erg zacht zijn.
De zachtheid van het flexibele 3D-printmateriaal maakte het niet gemakkelijk om het met zomaar een willekeurige printer te printen. In plaats daarvan had je iets nodig dat echt betrouwbaar was.
De meeste printers hadden destijds last van het snaareffect: als je iets zonder enige stevigheid door een spuitmondje duwde, ging het buigen, draaien en zich verzetten.
Iedereen die bekend is met het gebruik van draad in een naald bij het naaien van allerlei soorten textiel, zal dit fenomeen herkennen.
Afgezien van het probleem van het duweffect was het vervaardigen van zachtere filamenten zoals TPE een hele opgave, vooral als de toleranties goed waren.
Als u van mening bent dat de tolerantie te laag is en u start met de productie, bestaat de kans dat het filament dat u hebt geproduceerd een slecht detaillerings-, vastloop- en extrusieproces moet ondergaan.
Maar de zaken zijn veranderd: tegenwoordig is er een scala aan zachte filamenten, waarvan sommige zelfs elastische eigenschappen en verschillende zachtheidsniveaus hebben. Voorbeelden hiervan zijn zacht PLA, TPU en TPE.
Shore-hardheid
Dit is een veelvoorkomend criterium dat u wellicht ziet bij filamentfabrikanten, die het vermelden in de naam van hun 3D-printmateriaal.
Shore-hardheid wordt gedefinieerd als de mate van weerstand die elk materiaal heeft tegen indrukking.
Deze schaal werd vroeger uitgevonden, toen men nog geen referentiekader had voor de hardheid van een materiaal.
Voordat de Shore-hardheid werd uitgevonden, moesten mensen hun ervaringen gebruiken om anderen de hardheid van een materiaal uit te leggen waarmee ze experimenten hadden uitgevoerd, in plaats van een getal te noemen.
Deze schaal vormt een belangrijke factor bij het bepalen van het materiaal dat u kiest voor de productie van een onderdeel van een functioneel prototype.
Als u bijvoorbeeld wilt kiezen tussen twee rubbers om een mal van een staande gipsen ballerina te maken, geeft de Shore-hardheid aan dat een rubber met een korte hardheid van 70 A minder geschikt is dan rubber met een Shore-hardheid van 30 A.
Als u met filamenten werkt, weet u dat de aanbevolen shore-hardheid van flexibel materiaal tussen de 100A en 75A ligt.
Hierbij geldt dat het flexibele 3D-printmateriaal met een shore-hardheid van 100A uiteraard harder is dan materiaal met een hardheid van 75A.
Waar moet je op letten bij het kopen van flexibel filament?
Er zijn verschillende factoren waarmee u rekening moet houden bij de aankoop van filament, niet alleen flexibele filamenten.
U moet beginnen met een centraal punt dat voor u het belangrijkste is, bijvoorbeeld de kwaliteit van het materiaal, wat zal resulteren in een mooi uitziend onderdeel van een functioneel prototype.
Dan moet u nadenken over de betrouwbaarheid van de toeleveringsketen. Dat wil zeggen dat het materiaal dat u één keer gebruikt voor 3D-printen, continu beschikbaar moet zijn. Anders eindigt u met het gebruiken van slechts een beperkte voorraad 3D-printmateriaal.
Na over deze factoren nagedacht te hebben, moet u denken aan hoge elasticiteit en een grote verscheidenheid aan kleuren. Niet elk flexibel 3D-printmateriaal is immers verkrijgbaar in de kleur waarin u het wilt kopen.
Nadat u al deze factoren in overweging heeft genomen, kunt u de klantenservice en de prijzen van het bedrijf vergelijken met andere bedrijven op de markt.
Hieronder vindt u een aantal materialen waaruit u kunt kiezen voor het printen van een flexibel onderdeel of functioneel prototype.
Lijst met flexibele 3D-printmaterialen
Alle hieronder genoemde materialen hebben een aantal basiseigenschappen: ze zijn allemaal flexibel en zacht van aard. Ze hebben een uitstekende vermoeiingsweerstand en goede elektrische eigenschappen.
Ze hebben een buitengewone trillingsdemping en slagvastheid. Deze materialen zijn bestand tegen chemicaliën en weersinvloeden en hebben een goede scheur- en slijtvastheid.
Ze zijn allemaal recyclebaar en hebben een goed schokabsorberend vermogen.
Printervereisten voor het printen met flexibele 3D-printmaterialen
Er zijn een aantal standaardovertuigingen waaraan u uw printer moet voldoen voordat u met deze materialen gaat printen.
De extrudertemperatuur van uw printer moet tussen de 210 en 260 graden Celsius liggen, terwijl de bedtemperatuur tussen de omgevingstemperatuur en 110 graden Celsius moet liggen, afhankelijk van de glasovergangstemperatuur van het materiaal dat u wilt printen.
De aanbevolen afdruksnelheid bij het afdrukken met flexibele materialen kan variëren van vijf millimeter per seconde tot dertig millimeter per seconde.
Het extrudersysteem van uw 3D-printer moet een directe aandrijving hebben en voor een snellere nabewerking van de onderdelen en functionele prototypen die u produceert, wordt u aangeraden een koelventilator te gebruiken.
Uitdagingen bij het printen met deze materialen
Natuurlijk zijn er een aantal punten waar u rekening mee moet houden voordat u met deze materialen gaat printen. Deze punten zijn gebaseerd op de problemen die gebruikers in het verleden zijn tegengekomen.
-Het is bekend dat thermoplastische elastomeren slecht te verwerken zijn door de extruders van de printer.
- Ze absorberen vocht, dus houd er rekening mee dat uw afdruk groter kan worden als u het filament niet goed bewaart.
-Thermoplastische elastomeren zijn gevoelig voor snelle bewegingen en kunnen kromtrekken als ze door de extruder worden geduwd.
TPU
TPU staat voor thermoplastisch polyurethaan. Het is erg populair op de markt, dus als je flexibele filamenten koopt, is de kans groot dat je dit materiaal vaker tegenkomt dan andere filamenten.
Het staat bekend op de markt om zijn grotere stijfheid en de mogelijkheid om het gemakkelijker te extruderen dan andere filamenten.
Dit materiaal heeft een behoorlijke sterkte en een hoge duurzaamheid. Het heeft een hoog elastisch bereik van ongeveer 600 tot 700 procent.
De shore-hardheid van dit materiaal varieert van 60 A tot 55 D. Het is uitstekend bedrukbaar en semi-transparant.
De chemische bestendigheid tegen vetten en oliën maakt het zeer geschikt voor gebruik in 3D-printers. Dit materiaal heeft een hoge slijtvastheid.
Tijdens het printen met TPU wordt aanbevolen om de temperatuur van uw printer tussen de 210 en 230 graden Celsius te houden en de temperatuur van het printbed tussen de onverwarmde temperatuur en 60 graden Celsius.
De printsnelheid moet, zoals hierboven aangegeven, tussen de vijf en dertig millimeter per seconde liggen. Voor hechting op het bed raden we u aan Kapton- of schilderstape te gebruiken.
De extruder moet een directe aandrijving hebben en de koelventilator wordt afgeraden, in ieder geval niet voor de eerste lagen van deze printer.
TPC
Ze staan voor thermoplastisch copolyester. Chemisch gezien zijn het polyetheresters met een afwisselende, willekeurige lengte van glycolen met lange of korte ketens.
De harde segmenten van dit onderdeel zijn ester-eenheden met een korte keten, terwijl de zachte segmenten meestal alifatische polyethers en polyesterglycolen zijn.
Omdat dit flexibele 3D-printmateriaal als technisch materiaal wordt beschouwd, zul je het niet zo vaak zien als TPU.
TPC heeft een lage dichtheid met een elastisch bereik van 300 tot 350 procent. De Shore-hardheid varieert van 40 tot 72 D.
TPC vertoont een goede chemische bestendigheid en een hoge sterkte met goede thermische stabiliteit en temperatuurbestendigheid.
Tijdens het printen met TPC wordt u geadviseerd de temperatuur tussen de 220 en 260 graden Celsius te houden, de bedtemperatuur tussen de 90 en 110 graden Celsius en de printsnelheid gelijk te stellen aan die van TPU.
TPA
Het chemische copolymeer van TPE en nylon, genaamd Thermoplastisch Polyamide, is een combinatie van de gladde en glanzende textuur van nylon en de flexibiliteit die een voordeel is van TPE.
Het heeft een hoge flexibiliteit en elasticiteit in het bereik van 370 en 497 procent, met een Shore-hardheid in het bereik van 75 en 63 A.
Het is uitzonderlijk duurzaam en heeft een bedrukbaarheid die vergelijkbaar is met die van TPC. Het heeft een goede hittebestendigheid en goede hechting tussen de lagen.
De extrudertemperatuur van de printer moet tijdens het printen op dit materiaal tussen de 220 en 230 graden Celsius liggen, terwijl de bedtemperatuur tussen de 30 en 60 graden Celsius moet liggen.
De afdruksnelheid van uw printer kan dezelfde zijn als aanbevolen voor het afdrukken van TPU en TPC.
De bedhechting van de printer moet op PVA-basis zijn en het extrudersysteem kan zowel een directe aandrijving als een Bowden-aandrijving zijn.
Plaatsingstijd: 10 juli 2023