Что такое полиамиды | Характеристики и преимущества | Каковы недостатки нейлона | Виды и модификации | Где применяются полиамиды | Полиамиды в технологии SLS | Особенности FDM‑печати нейлоном | Итоги: кратко
Помимо классических, композиционных и специальных инженерных полимеров, используемых в 3D‑печати, существует еще одна интересная категория – полиамиды. Эти термопласты, более известные под коммерческим наименованием «нейлон», заслужили большое признание у опытных специалистов аддитивного производства.
Полиамиды в различных своих видах и модификациях обладают широким спектром уникальных свойств, благодаря которым можно получать как прочные и жесткие, так и гибкие детали, а также добиться уникальной термической и химической стойкости. А некоторые полиамиды удивительно приятны на ощупь, за что их полюбили и дизайнеры.
iQB Technologies – это уникальная квалификация и богатый опыт специалистов, а также успешная практика разработки 3D‑решений для российских предприятий. Среди наших услуг – бесплатная консультация, тестовая 3D‑печать/3D‑сканирование, демонстрация оборудования, обучение. Оставьте онлайн-заявку:
Что такое полиамиды
Полиамиды – большой класс длинноцепных полимеров, содержащих амидные группы. Эти материалы можно встретить в природе (например, шерсть или шелк), однако в промышленном производстве используются синтетические составы, получившие общепринятое название «нейлоны» (nylon).
В сфере аддитивных технологий полиамиды используются не только в виде филаментов или гранул для FDM‑принтеров, но и активно применяются в порошковой печати – в технологиях SLS или MJF. Разберем особенности нейлонов и технологического процесса печати, а также посмотрим, какие изделия можно из них напечатать.
Характеристики и преимущества
Полиамиды чаще всего встречаются в белом, бежевом или черном цвете, а их механические характеристики зависят от габаритов детали. Так, тонкие объекты гибкие и прочные, а крупные и толстые обладают хорошей жесткостью. Семейство этих материалов устойчиво к перепадам температур и выдерживает высокие кратковременные нагревы, обладает стойкостью к химикатам и ультрафиолету.
Нейлоны обладают низким коэффициентом трения и так называемым самосмазыванием – как следствие, демонстрируют уникальную износостойкость и идеально подходят для печати шестерней или других подвижных частей механизмов.
Эта категория термопластов имеет высокую температуру плавления, что делает их отличной альтернативой металлу для изделий, используемых при высоких температурах (к примеру, под капотом автомобиля).
Полиамид за счет своей структуры приятен на ощупь и превосходит по тактильным ощущениям остальные пластики, поэтому активно используется в создании декора и даже элементов одежды и аксессуаров. Так, студия Nervous System представила в 2014 году настоящее платье, распечатанное на 3D‑принтере.
Нейлон подвергается покраске, практически не требует постобработки (если речь идет о технологии FDM), а также подвергается переработке. К плюсам можно отнести их довольно низкую стоимость. А вот процесс FDM‑печати весьма сложный, полиамиды капризны – об этом мы поговорим ниже.
Читайте в блоге обзоры других полимеров для аддитивного производства: ABS, PLA, PETG, композитов и высокоэффективных инженерных пластиков
Каковы недостатки нейлона
-
Полиамиды исключительно гигроскопичны, что затрудняет их использование, в частности, при отрицательных температурах.
-
Несмотря на высокую температуру плавления, нейлон плохо переносит воздействие открытого пламени. Это материал, который легко воспламеняется и быстро сгорает.
-
Ультрафиолетовое излучение, особенно от прямых солнечных лучей, также может нанести вред нейлону. Поэтому перед литьем под давлением материал часто обрабатывают УФ‑стабилизатором.
Виды и модификации
Наиболее популярными полиамидами, применяемыми в 3D‑печати, являются полиамид 6 (он же ПА6, PA6, нейлон 6, капролон, капрон) и полиамид 6.6 (PA66, нейлон 66, nylon), которые обладают почти всеми характеристиками, описанными выше.
Существуют также не столь распространенные разновидности, такие как полиамид 11 (отличается повышенной пластичностью) или полиамид 12 (менее гигроскопичен).
На основе PA6, PA66 и PA12 создаются композитные модификации с добавлением стекло- и углеволокна (PA‑GF и PA‑CF соответственно), которые позволяют повысить некоторые характеристики под конкретные задачи.
PA-GF содержит частицы стекла, что повышает его модуль упругости при изгибе и термостойкость (до 110 °C). Также материал демонстрирует более высокую жесткость и исключительную долговременную износостойкость. По сравнению с другими нейлонами ударная вязкость и прочность на разрыв у PA-GF ниже за счет наличия стеклянной составляющей.
Композит PA‑CF – один из самых прочных термопластов для 3D‑печати, его основные компоненты – PA6, PA12 и углеродное волокно. Если PA6 способствует повышению жесткости, прочности и термостойкости, то PA12 помогает минимизировать водопоглощение. Даже после впитывания воды угленаполненный полиамид сохраняет свои механические свойства. Кроме того, применение PA‑CF дает возможность снизить вес напечатанной модели без потери физико-механических свойств.
Где применяются полиамиды
-
Высокое качество полиамидов делает их отличным материалом для производства зубчатых колес, компонентов автомобилей и авиакосмической техники, робототехники, медицинских протезов, пресс-форм для литья под давлением.
-
Нейлон используется для армирования резиновых изделий, например автомобильных шин, а также литых деталей в машиностроении.
-
Нередко может служить заменой металлам с низкой прочностью.
-
Благодаря своей прочности, термостойкости и химической совместимости материал является наиболее предпочтительным пластиком для деталей моторных отсеков автомобилей.
-
Часто используется в зубчатых передачах, втулках и пластиковых подшипниках благодаря присущим ему свойствам низкого трения.
-
За счет биосовместимости полиамиды могут применяться для изготовления деталей, соприкасающихся с пищевыми продуктами (за исключением содержащих алкоголь).
-
Высокие показатели по другим механическим, химическим и термическим свойствам обуславливают применение нейлона для создания деталей, которые могут подвергаться интенсивному износу.
-
И наконец, как уже было сказано, полиамиды имеют очень приятный feel и поэтому успешно применяются в решении дизайнерских задач.
Полиамиды в технологии SLS
Технология селективного лазерного спекания (SLS) – лучшая в своем роде для печати нейлоном, так как полностью раскрывает его достоинства. Расходный материал поставляется в виде мелкого белого гранулированного порошка.
Из преимуществ SLS‑печати полиамидами можно отметить следующие:
-
высокая точность создания моделей;
-
полное отсутствие поддержек позволяет создавать геометрию любой сложности;
-
высокая скорость построения серийных деталей.
Минус SLS‑печати – ощутимая шероховатость изделий, поэтому требуется дополнительная механическая обработка – к примеру, пескоструйная.
Компания IQB Technologies предлагает серию промышленных SLS-машин китайского производителя ProtoFab c большими камерами построения – PF-S300 и PF-S400. Принтеры оснащены новым эффективным вспомогательным оборудованием для удаления порошка, что позволяет снизить производственные затраты и время изготовления деталей, а также новой системой динамического теплового контроля, которая дополнительно оптимизирует мониторинг распределения температур, герметизацию и характеристики датчиков.
В качестве расходных материалов используются нейлон, композитный нейлоновый порошок из углеводородного волокна, композитный нейлоновый порошок из стекловолокна и другие пластики.
Рекомендуем: Новейший гид по промышленной SLS-печати
Особенности FDM‑печати нейлоном
Хранение пластика
Как уже было сказано, почти все, даже модифицированные, полиамиды гигроскопичны и способны впитывать влагу, в том числе и атмосферную. Именно поэтому пластик следует обязательно хранить в герметичных пакетах, а перед печатью просушивать.
Температура печати и нагрев стола
При печати на FDM‑принтере с адгезией первых слоев чаще всего возникают трудности, поэтому печатный стол рекомендуется смазывать клеем и адгезивами или использовать специальные покрытия. Температуру стола стоит выдерживать от 80 ℃ и выше, а экструдера – от 220 ℃ в зависимости от вида материала. Подогреваемая камера не требуется, однако во избежание коробления и прочих температурных дефектов лучше использовать 3D-принтеры с камерами закрытого типа. Охлаждение в процессе печати не требуется и даже способно навредить.
Постобработка моделей
Одна из особенностей полиамидов заключается в том, что их можно использовать прямо со стола печати. Если у напечатанного объекта небольшая толщина слоя, то он выглядит однородно, со сложно различимыми слоями, и тактильно приятен. После удаления поддерживающих структур или дополнительных адгезивных слоев практически не остается некрасивых дефектов и заусенцев.
С механической обработкой полиамидов могут возникнуть сложности, поскольку материал имеет низкий коэффициент трения, а при больших оборотах начинает плавиться и менять свойства. Для конкретных деталей стоит подбирать свой вид механической обработки после проведения ряда экспериментов.
Для склеивания полиамидов лучше использовать полиуретановый клей или эпоксидную смолу. Цианокрилатный клей станет не самым лучшим вариантом.
Полиамиды хорошо подвергаются нескольким видам покраски. Во‑первых, можно наносить краски и внешним слоем, например, акриловые, грунтовые или эмали.
Во‑вторых, можно использовать такой процесс, как травление пигментом. В кипящей воде разводится пигмент для синтетических тканей (или специальная краска для полиамидов), и распечатанная деталь «варится» определенное количество времени, в зависимости от требований к цвету. В результате такой покраски пигмент въедается в материал и проникает в его структуру, из‑за чего покраска выглядит равномерной и естественной, и ее почти невозможно снять, соскоблить или растворить.
Итоги: кратко
Полиамиды, или нейлоны, представляют собой интересный класс термопластов для 3D‑печати по технологиям FDM (в виде нитей или гранул) или SLS и MJF (в виде порошка). Они отличаются высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью, устойчивы к истиранию и впитыванию влаги, эластичны, химически стойки и просты в уходе. Уникальные свойства полиамидов позволяют использовать их в широком спектре областей применения – от производства сложных технических деталей до дизайна одежды.
Статья опубликована 01.08.2023 , обновлена 22.02.2024
