Filament a lelke mindennek

Most, hogy már tudjuk az alapokat, jöjjön egy izgalmasabb értekezés a tárgyak alapanyagairól.

Azért lesz izgalmas, mert eddig csak úgy hívtam őket, hogy filament, műgyanta, por.
De ez eléggé elnagyolt elnevezés volt a filamentekre mint csoportra.

Tudni kell, hogy a 3D nyomtatás fejlődése iszonyatos sebességgel folyik, amit nem látunk, de a laborokban folyamatosan újabb és újabb anyagokkal kísérleteznek, amivel gyorsabban, jobbat és szebbet lehet gyártani.

Milyen elvárásaink vannak egy filamenttel kapcsolatban. Sok féle lehet. A színektől egészen a mechanikai tulajdonságokig bármi.
Ezeket próbálom felsorolni, a teljesség igénye nélkül.

A műgyantás és poros filamenteket érintőlegesen, az FDM-et pedig jobban kifejtve fogom bemutatni, mert az fog közelebb állni a blog-hoz és a leendő tudásunkhoz, ráadás ez a jobban elérhető nyomtatási fajta és az anyagokban is sokkal szélesebb a választék.

Műgyanták

Ma már több évtizede része a műgyanta az életünknek. A műhelyek padlójától egészen a gépalkatrészekig, nagyon sok mindent gyártanak, készítenek belőle.
A nyomtatókhoz természetesen külön csinálnak műgyantát, ami a nyomtatás tulajdonságaihoz lett igazítva. 
Ugyanis nem lehet akármilyen műgyantát beleönteni a nyomtatóba. Itt a fényérzékenység vagyis a fényre polimerizálódó műgyanták vannak előnybe részesítve, mint a műkörmösöknél.
De szerencsére nem csak betonkemény dolgokat tudunk műgyantából csinálni. Vannak olyan műgyanták is, amik rugalmasak lesznek a polimerizálódás után. Lehet színezni őket, külön festékanyaggal, van átlátszó is belőle. Érdekességképp van olyan is, ami kiönthető fémmel, vagyis a nyomtatás után egy fémöntő a forró fémet ráöntheti, és a műgyanta elpárolog, a fém pedig átveszi a helyét.
Látható hogy sok fajta műgyanta van a piacon, bár nem annyi mint az FDM nyomtatók esetén. 
Ami még probléma az sokszor a gyártók által adott műgyanták, vagyis rá vagyunk kényszerítve a saját márkára, mert azt a nyomtatóhoz igazítják. Természetesen a tárcánk kárára.
De mindről elmondható, hogy masszív és mechanikailag jól terhelhető tárgyak hozható létre belőlük, amennyiben nem a flexibilitás a cél, vagy a fémöntés.
Itt jegyezném meg, hogy szem előtt kell tartani a hőállóság és az UV állóság tényét, a kültéri vagy épp meleg helyen történő használat esetén. Erről minden gyártó tájékoztatni szokta a vevőket az adatlapokon, amit érdemes elolvasni, mielőtt a fazékgombunk, ami eltört és nyomtatással pótoltuk, beleolvad az vasárnapi húslevesünkbe.

Porított műanyagok

SLS nyomtatóba való por. Ez nagy átlagba nylonból van, de ennek is van már rugalmasabb és merevebb fajtája. A nylonról mindenkinek a harisnya jut az eszébe, illetve hibásan a nylon szatyor, ami általában inkább Polietilén. Mert ha nylon lenne akkor soha nem szakadna szét.
Hogy miért, mert a nylon egy végtelenül erős anyag, minden olyan mechanikai tulajdonsággal megáldott, amire szükségünk lehet. Rugalmas és nehezen törhető, de közben részben visszanyeri az eredeti alakját a mechanikai behatások után. Csak jó dolgok. De a por alapú nyomtatóknál sokkal több lehetőség nincs. Van még a polystryrene és a fém nyomtatás. Jah igen, a fém. Lehet nyomtatni SLS-el fémet, mert ugye a fémpor jól olvasztható, és ugyan úgy összeragad mint a nylon por. Természetesen ezek a nyomtatók százmilliós nagyságrendűek, főleg azért, mert nagyon komoly lézerteljesítmény kell hozzá és általában nagy méreteket is tudnak a nyomtatók, mert kicsiben nem nagyon lehet megépíteni az 1-2kW-os lézereket. Itt még a komoly hűtés is külön problémás. Így annyira nem kell félnünk, hogy a következő években kijön egy kínai cég egy asztali fémnyomtatóval.
Bár ez nem jóslat, én szeretném ha ez megtörténne, mert az is nagy áttörés lenne az otthoni nyomtatásban, és ugye ki ne vágyna arra, hogy az ólomkatonáit otthon nyomtathassa.

ÉSATÖBBI

Eljutottam oda, hogy az ígéretemnek híven, kirészletezzem az FDM filamenteket.

Röviden. Minden van ami kell. Nagyon nem tudunk olyat kitalálni, amihez ne lenne filament, valamilyen formában. Itt persze a fémről le kell mondani a házi nyomtatás témakörben egyelőre, de fémes vagy fémtartalmú vagy épp áramot vezető filamentet már sok helyen lehet kapni.
De ne kapkodjunk, mert itt már pici szakmaiságot is bele kell vinni a dologba.
Kezdjük az elején.

PLA és a kukoricás

Ő egy biológiai úton lebomló, hőre lágyuló műanyag, amit születésekor Polylactic Acid-nak neveztek el mert tejsavó bázisú. Igen, tejsavó, amit rizsből vagy búzából és akár kukoricából is elő tudnak állítani. Ez nem azt jelenti, hogy egyből nyalókát kell nyomtatni a gyereknek, aztán el van vele pár évig amíg elszopogatja, hanem inkább azt, hogy nem mérgező, nem káros a környezetre, és olcsó előállítani az alapanyagok tömegessége miatt.
Olcsó, de még mennyire, ez a legolcsóbb alapanyag a mai napig, ezért is közkedvelt.
Ebből nyomtatnak a legtöbben, mert szépen nyomtatható. Minden fajta színben fellelhető és mára már nagyon sok technikai filament alapja is. Mik azok a technikai filamentek. Hát azok amikhez speciális adalékokat raknak, így megváltozik a PLA alaptulajdonsága.
Ilyen a fa vagy épp fémtartalom, ami ugyan eszi a nyomtató fejét, de szép textúrákat lehet vele elérni, és mechanikailag is más tulajdonságokat ad. De van amiben kőpor van vagy épp gipsz. Ezek érzetre visszaadják a kő vagy épp a gipsz tapintását. Ami bizonyos tárgyaknál, és ez főleg a művészkékre érvényes, hatásos lehet. Ráadás meg lehet csiszolni a tárgyakat, így egy gépen tervezett mellszoborról el lehet hitetni nyomtatás vagy csiszolás után, hogy az tényleg kőből van.
Egy hátránya azért van a PLA-nak, ami nem más mint a lebomlás. Átlagos élettartama 2-2.5 év, amíg tartja magát átlagos levegőpáratartalom mellett, aztán megindul benne a folyamat, és szép lassan elbomlik, ami első körön a mechanikai tulajdonságok romlásában nyilvánul meg.
Szóval a cuki PLA lesz az első kedvencünk, mert amíg nem vagyunk képeben teljesen a nyomtatónkkal, már pedig a tapasztalás egy hosszú folyamat, addig költségérzékenyen PLA-val érdemes kísérletezni. Mert az kevésbé fáj anyagilag, mint ha egy 15000HUF/kg-s ASA-t dobunk ki egy tervezési hiba miatt.

ABS a "hé kicsi legó"

Igen, a legó alapanyaga, mint azt már említettem. Ez volt a másik anyag ami a filamentes nyomtatásban elterjedt. Született Akrilnitril-butadién-sztirol. Ez is egy hőre lágyuló műanyag, ami kőszén származékból készül. Mindenhol megtalálható a világban. A monitorod kávája is ebből készül, ahogy az autók műszerfala is. Nagyon sok jó tulajdonsága van, de cserébe vannak rosszak is. Amíg jó a savállósága, és jók a mechanikai és hőálló tulajdonságai is, sőt még fényes is tud lenni a nyomtatás után, addig sajnos zsugorodik, vetemedik fűtött tárgyasztal kell neki. Érzékeny a hőingadozásokra nyomtatás közben, és nem tud elbomlani, vagyis mérgezi a világunkat. Arról nem beszélve hogy büdös a nyomtatás alatt így egy elszívó nem árt a közelbe, hogy ne lélegezzük be a kipárolgását. A büdössége mellett magasabb hőfok kell a nyomtatáshoz.
Ebből is van minden fajta szín, nagy a választék, de az utóbbi időben a PETG előrenyomulása és olcsósága megtörte az ABS varázsát, bár még sokan esküsznek rá, én meg se próbáltam az ABS-t, mert a PETG jobban tetszett.

PET-G, in da house

Igen, minden házban ott van, nem tévedés, azért ismerős mert Ő nem más mint a PET palackok glycol-al kezelt változata, hogy filamentként is jó fiúként viselkedjen.
Miért is szeretjük. Mert újrafeldolgozható. Mert majdnem olyan mechanikailag mint az ABS, de közben kezes mint a PLA. Hát ugye milyen édes. Jó ötvözete a két anyagnak, már ami a tulajdonságait illeti. Nem büdös a nyomtatásnál, nem torzul össze vissza mint az ABS, viszont hasonlóan szépek a nyomatok, szerintem minimum 80%-ban mint ha PLA-val nyomtattunk volna.
Nem kér vizet és nem is érzékeny rá. Vagyis nem érzékeny a környezeti páratartalomra.
Valamivel rugalmasabb mint az ABS vagy a PLA. A hőtűrése is valahol a kettő másik anyag között van.
Kajával is érintkezhet, vagyis csinálhatunk a családnak belőle karácsonykor Rudolf-ot sütiformában, nem fogunk senkit se megmérgezni.
Ráadás fényes a felülete és az ára nem sokkal több mint a PLA ára, így még elérhető is.
Sajnos Ő se bomlik el, ellenben újra fel lehet használni. Már ha van filament extruder gépünk. De erről majd később írok.

A többiek zanzásítva

Ezek az anyagok jöhetnek szembe az utcán velünk leghamarabb.

Most jöjjön egy ízelítő felsorolás azokból az anyagokból ami elérhető a piacon.

Nylon - igen a nejlon, aránylag magas hőfokon nyomtatható, de megéri, mert saválló és kiváló mechanikai tulajdonságokkal bír, cserébe érzékeny a páratartalomra, vagyis nyomtatás előtt nem árt szárítani sütőben pár órát, különben puffogni fog az anyag nyomtatás közben, és csúnya felülete lesz a tárgynak.

PLA+/PHA/HiPLA és testvérei. Ők mind PLA alapúak de javított minőségben, van amelyik rugalmasabb vagy épp jobban bírja a hőt, vagy utókezeléssel lehet erősíteni a tulajdonságait. Nem sorolnám fel az összeset, de a már említett technikai anyagok java az PLA-ból készül. Ilyen a még nem említett, kiönthető PLA is, ami hasonló a műgyantánál már említett fémöntésre használható anyaghoz, csak ezt a mi cuki FDM nyomtatónkkal tudjuk előállítani. Aztán mehet rá a forró alumínium vagy ólom, de lehet ezüst vagy arany is. Technikai filamentből a gipsztől a fatartalmú PLA-ig nagyjából mindennel kísérleteznek. Ezeknél főleg a tapintáskor lesz az adalékanyag jobban érezhető.

Carbon Fiber - a szénszálas filament. Mint a szénszálas tárgyak, ez is olyan masszív. A nyomtatáshoz magas hőmérséklet kell, ezért nem minden nyomtató tudja, de az eredmény magáért beszél. Mechanikailag és egyéb tulajdonságaiban is közelíti a szénszálas cuccokat.

PVA - az olvadós anyag. Ezt főleg támasztéknak használják, amikor olyan tárgyakat nyomtatunk mint egy boltív. Ha nem akarjuk, hogy az alsó része berogyjon a boltívnek akkor támasztékot teszünk alá a szeletelő programmal(később megtanuljuk ezt is), na ha ez a támaszték PVA-ból van, akkor a nyomtatás után elég egy vödör vízbe beletenni a tárgyat, és a PVA a víz hatására kioldódik, eltűnik. Ehhez természetesen kétfejes nyomda szükséges. De ezekről még később írok.

HIPS - ő is olvad. Szintén támaszték anyagnak van mondva, de ez limonénban oldódik, vagyis citrus olajban. Ez az oldószer itthon sajnos nagyon drága, ezért nem használják a HIPS-et aktívan erre a célra. Ellenben, majdnem olyan jó anyag mint az ABS. Vagyis helyettesíteni lehet vele az ABS-t. Nyomtatásnál nem büdös, nem torzul annyira, és matt marad. Az előnye még az hogy könnyebb mint a többi anyag. A modellezők használják és a ruhán hordozható tárgyakhoz is ideálisabb. Jó meg az benne, hogy a felületkezelése könnyebb. Jól csiszolható, festhető akrillal vagy épp ragasztható. Az ára se egetverő.

TPE/TPU - a papucsalapanyag. Izgalmas dolgokat rugalmas anyagokból lehet nyomtatni. Na ez a két anyag pont ilyen. Elasztán és Uretán. Lassan nyomtatható anyagok, mert már a filamentben is nagyon rugalmasak így az extruder jóizűen betekerheti. Bármilyen tömítés vagy épp csúzligumi nyomtatható belőle. Papucsokat és cipőket is ezekből az anyagokból nyomtatnak. Láttam már C64-es magnóhoz ékszíjat nyomtató videót is. Szóval amihez rugalmasság kell, ott ez a két anyag a legjobb. Sok színben és áttetszőségben kapható. Nem is drága anyagok. Érdemes kipróbálni később, ha már ismerjük a nyomtatónkat.

PC - ami nem számítógép. A Polycarbonate filament nem más mint a CD-k vagy DVD-k alapanyaga filamenté gyúrva. Ennek is magas hőmérséklet kell a nyomtatáshoz, de cserébe megkapjuk a Polikarbonát összes jó és rossz tulajdonságát. Főleg nagy mechanikai terhelésekhez használható, illetve a hőállósága is nagyon jó. De drága és nehezen nyomtatható, vagyis olyan nyomtató kell, ami átlagon felüli fejhőmérsékletet és tárgyasztal fűtést tud.

ASA - kültérre csak ezt. Ez egy az ABS-hez hasonló anyag, de itt is elmaradnak a negatívumok, cserébe ami jó, UV álló és időjárásálló dolgokat lehet belőle nyomtatni. Mondjuk a slaghoz összekötőt csak ebből, mert bírja mechanikailag és kültérileg is. Nem változik meg a színe ha a napfény éri. Nagyon jó cucc.

Pár érdekességet még megemlítek.

Conductive - vagyis vezetőképes filament, ami a nyomtatás után tudja vezetni az áramot.
Mágneses - ez nem szorul szerintem magyarázatra.
Világítós - igen, foszforeszkál a sötétben, ha nap közben kint hagyod a napon, természetesen ez is PLA alapú
Színváltós - ebből van ami napfényre vált, van ami hőre vált színt.
POM - mechanikai alkatrészekhez, nagyon pontosan nyomtatható és szép felületű, főleg az RC modellezéshez használják fogaskerekek nyomtatására
PMMA - a plexi filament. Igen, a plexinek nevezett akril filament. Nehezen és magas hőmérséklettel nyomtatható, tekeredik, vetemedik, de a végén egy akril tulajdonságú tárgyunk lesz. Ha pont ilyen kellene otthonra.

Nem elhanyagolható, hogy van fejtisztító filament is, aminek én nem vagyok a híve, mert ha tisztítani kell, akkor már régen rossz. Kézzel szerintem szebben meg lehet csinálni a tisztítást, ez inkább egy sebtapasz kategória. Ha meg a hegy ment el, akkor fillérekért lehet rendelni tartalékot, és a régit meg ki lehet dobni. 1-2USD nem a világ.

Tulajdonságok amiket nem árt ismerni

Pár szóban még vegyük át azokat a tulajdonságokat, amit kell tudni a filamentekről azért, hogy ne dobjunk ki pénzt az ablakon, amikor lelkesen megrendeljük a PC filamentet, de közben a nyomtatónk hozzá se fütyül a nyomtatásához, mert valamelyik paraméter nem felel meg. Így megspórolunk egy halom idegességet, és pénzt is.

Erősség/Merevség, vagyis a mechanikai keménység. Nem árt tudni, mint bír az anyag. Ezeket nem igazán szokták túllihegni, odaírják, hogy gyenge vagy erős vagy épp közepes. De a megfelelő anyagválasztáshoz elengedhetetlen.

Denzítás, vagyis s sűrűsége. Ez azért fontos, mert ettől függ a tárgy súlya. Ahogy már írtam, hogy a HIPS könnyű, úgy az ABS meg nehéz. Ha a gyereknek nyomtatunk egy játékrepülőt, akkor azt inkább a könnyebb anyagból tegyük. A mértékegysége általában kg/m3

Rugalmasság. Itt nincs mit magyarázni. Az ABS merev a TPU meg hajlékony. Ez akkor fontos, ha a tárgy amit nyomtatunk nem árt ha picit bírja a feszítést, nyírást. Ilyenkor számít az ha egy anyag rugalmasabb, mint a Nylon filament mondjuk a kerékpárunkra készített kulacstartónál. Ha PLA-ból csináljuk, az első kulacs berakásnál eltörik, de a Nylon meg fog hajolni és visszaáll.

Tartosság. Igen, ezt is tárgyaltuk, hogy a PLA elbomlik főleg a magas páratartalom segítségével, az ASA meg bírja az UV-t. Nem mindegy kinek mit miből nyomtatunk. Természetesen azok a használati tárgyak, amik eltörhetnek mert a konyhában gyötörjük naphosszat, mint a sütivágóformák, azok PLA-ból olcsóbbak. De a fürdőbe már egy törölköző akasztó, az ASA-ból a legjobb, vagy Nylonból. Mert ezek tartósabbak.

Nyomtatási hőfok fejnél. Ezek az adatok tól-ig vannak meghatározva. Itt jegyezném meg, hogy a nyomtatók nagy része nem pontos, vagyis egyáltalán nem azok. A hőfok símán lehet +/-5 Celsiussal eltolódva is. Így nem árt kísérletezni az anyagokkal. Ha már tudjuk, hogy mennyire van eltolódva a hőmérőnk, akkor nem érhet csalódás.De erről is fogok írni később, mert nagyon fontos dolog.

Nyomtatási hőfok a tárgyasztalon. Mint a fejnél, csak a tárgyasztalon, a tapadás vagy a vetemedések elhárítására.

Nyomtatási sebesség. Itt a lassan járj tovább érsz az alap mondás. Sokat jelent minőségben a lassabb nyomtatás bizonyos anyagoknál. De mára már kiderült, hogy lehetne gyorsabban is nyomtatni, ha megfelelő mennyiségű adatot tudunk szolgáltatni az elektronikának, vagy épp megfelelő sebességgel tudjuk hűteni a már kinyomtatott réteget. Ezekről is később fogok értekezni, mert sok bosszankodást lehet megelőzni vele.

Rétegek közötti tapadás. Az egyik legfontosabb dolog. Ha rossz a hőfok vagy az anyag eleve rosszul tapad saját magához, akkor a rétegeknél szétválhat a nyomat. Amit ugye nem akarhatunk. Itt nincs egzakt mérőszám, csak annyi hogy rosszul, közepesen vagy épp jól tapadnak a rétegek. De ezen belül a nyomtatás sebessége, a visszahűtés sebessége és a nyomtatott anyag hőfoka sokban közrejátszik a rétegek közötti tapadásnál.

Olvadási hőfok. Ami nem más mit a kinyomtatott tárgy hőtűrése. Vagyis mi az a hőfok, aminél a tárgy megroggyan. Erről lehet az interneten találni sok videót, ami esetenként nem keresztezi a gyártó által megadott adatokat. Ez nem minden esetben negatív. Mert van olyan anyag, amire a gyártó kisebb hőfokot ad meg, és a tesztek során sokkal jobban bírta a hőt a tárgy. De nem árt tudni ezt a számot se, mert kellemetlen élményekkel gazdagodhatunk, ha a használati tárgyunk a sütő tetején megolvad.

Mérgező, vagy élelmiszerbiztos. Ez mellékes de nem elhanyagolható. Nem árt tudni, hogy miből mit nyomtathatunk. Ne mérgezzük meg a családot ha nem kötelező.

Hát ez jó hosszú lett. De remélem átfogó ismereteket szereztetek a filamentekről.

Legközelebb már a nyomtatót fogjuk még jobban górcső alá venni.