13 советов и часто задаваемых вопросов о 3D‑печати поликарбонатом

Преимущества и недостатки | Безопасность | Сферы применения | Сравнение с другими термопластами | Композиты | Советы по 3D‑печати и эксплуатации

Поликарбонат (ПК, англ. PC) – термопластичный полимер, обладающий отличной прочностью при легком весе, растяжимостью, термостойкостью и долговечностью, может быть прозрачным и служить электроизолятором.

ПК относится к классу синтетических полимеров, получаемых методом синтеза угольной кислоты и двухатомного фенола (бисфенола А). Материал впервые был описан немецким химиком Альфредом Эйнхорном в конце XIX века. В 1953 году соединение поликарбоната было практически одновременно получено специалистами компаний Bayer AG и General Electric, а затем запатентовано и запущено в коммерческое производство.

Деталь из поликарбоната от компании IEMAI 3D

В промышленности поликарбонат используется в широком диапазоне от производства упаковки и бытовой электроники до автомобильных компонентов и строительных конструкций. И хотя в 3D‑печати это не самый простой в эксплуатации полимер, его возможности неоценимы для создания сложных прототипов и конечных изделий с отличными термическими, механическими и оптическими свойствами.

Мы постарались собрать все самое главное об использовании ПК в аддитивном производстве, ответив на популярные вопросы. И конечно, не обойдется без советов для пользователей 3D‑принтеров.

Закажите консультацию 3D-экспертов

Каковы основные преимущества поликарбоната?

Исключительная прочность – один из главных плюсов материала

Изделия из поликарбонатов:

• обладают высокой механической прочностью при легком весе;

• стойки к большинству активных веществ, что позволяет применять их в агрессивных средах;

• прозрачны и имеют гораздо меньшую плотность, чем стекло, что обеспечивает идеальные оптические свойства (но в зависимости от назначения на материал можно нанести покрытие);

• удароустойчивы;

• термостойки (от -140 до +150 °C);

• служат эффективным электроизолятором;

• имеют низкую вязкость;

• могут быть переработаны, что повышает экологическую привлекательность материала.

А есть ли недостатки?

К ограничениям и минусам поликарбоната применительно к аддитивному производству можно отнести следующие факторы:

• 3D‑печать возможна только при очень высоких температурах;

• склонность к усадке и деформациям;

• крайняя гигроскопичность (при несоблюдении правил хранения и эксплуатации может привести к дефектам печати);

• прозрачный полимер подвержен разрушению под воздействием ультрафиолетовых лучей;

• высокая стоимость по сравнению с другими популярными пластиками.

Безопасен ли материал?

Основа ПК – соли угольной кислоты, которые абсолютно безвредны для человека и окружающей среды. Материал нетоксичен и не выделяет вредных веществ при нагревании или под воздействием других внешних условий.

В то же время высказываются опасения по поводу безопасности ПК при контакте с пищевыми продуктами и использовании в медицине из‑за возможности выщелачивания бисфенола А, однако потенциальный риск следует признать крайне низким. Кроме того, есть марки ПК, одобренные в разных странах для данных сфер применения. Также примите во внимание, что 3D‑печать рекомендуется выполнять в хорошо проветриваемом помещении.

© 3dnatives.com

Что можно напечатать из поликарбонатов?

Благодаря превосходной термоустойчивости, прочности и надежности это идеальный термопласт для изготовления функциональных прототипов, механических деталей, автокомпонентов, пресс‑форм (особенно для термоформования), шарниров и даже подшипников шкивов.

Светопропускание материала достигает 90‑95%, а по ударопрочности он превосходит стекло в 200‑300 раз. Это обусловило востребованность ПК в сфере оптических и осветительных приборов. Его можно использовать для создания прототипов окон и других прозрачных изделий (таких, как линзы автомобильных фар), изготовление которых из других материалов обошлось бы значительно дороже.

За счет своих электроизоляционных свойств и долговечности поликарбонаты также широко применяются в электронной и электротехнической промышленности для производства корпусов, экранов для электронных дисплеев, разъемов и предохранительных крышек приборов.

И наконец, в сферу применения ПК входят потребительские товары, такие как солнцезащитные очки, чехлы для телефонов, предметы мебели, бутылки для воды и контейнеры для еды.

Поддон для пылесоса Oreck из поликарбоната. Аддитивное производство компонента позволило снизить его себестоимость на 65% © javelin‑tech.com

Интересует краткое сравнение ПК с другими пластиками.

Среди других термопластов этот материал обладает наибольшими значениями ударопрочности, термостойкости и прозрачности, что определяет специфику его применения – производимые изделия должны быть долговечными, стойкими к высоким нагрузкам и температурам и, если необходимо, быть прозрачными. Соответственно, поликарбонат рекомендуется использовать только в высокотемпературном оборудовании с закрытой камерой. Что касается стоимости, то этот полимер значительно дороже таких базовых материалов, как ABS и PLA.

Какие существуют композиты на основе поликарбоната?

Благодаря хорошей совместимости ПК с другими пластиками создано большое количество композитов, в том числе PC/ABS, PC/PET, PC/PMMA. Они сочетают в себе наиболее востребованные свойства материалов, входящих в их состав, что расширяет возможности их применения. К примеру, PC/ABS – это высокая прочность и термическая устойчивость поликарбоната плюс гибкость ABS‑пластика.

Детали из филамента PC‑CF от IEMAI 3D

Поликарбонаты, армированные углеродным волокном (PC‑CF) или стекловолокном (PC‑GF), представляют собой высококачественные конструкционные материалы с очень высоким соотношением прочности и веса, превосходными показателями прочности на разрыв, жесткости, теплопроводности и стабильности размеров. Термостойкость PC‑CF – одна из самых высоких среди материалов для 3D‑печати благодаря температуре стеклования 143 °C. В тесте на огнестойкость UL94 угленаполненный поликарбонат достиг показателя V0.

Советы по 3D‑печати и эксплуатации материала

Печать поликарбонатом представляет определенные сложности, поэтому рекомендуется иметь хорошие навыки оператора 3D‑принтера. Нижеследующие советы помогут справиться с распространенными проблемами – плохой адгезией, деформациями, образованием «лапши» и протечек.

Три главных требования к работе с поликарбонатами:

1. высокотемпературный хотэнд и подогреваемый стол;

2. закрытая камера построения (необходима, чтобы избежать перепадов температуры и, как следствие, деформаций или трещин);

3. обеспечение эффективной адгезии.

Коллекция «неубиваемых» ламп, созданных из отходов ПК методами 3D‑печати и выдувания © triboo.nl

При какой температуре выполнять печать

• Рекомендуемая температура сопла: между 260 и 290 °C (для некоторых филаментов – 320 °C).

• Рекомендуемая температура стола: 110 °C для первого слоя, 115 °C для остальных слоев.

Обеспечьте надлежащую адгезию

Этот пластик склонен к деформации, поэтому модель должна хорошо прилипать к платформе построения. Наилучшего результата можно добиться, используя клей‑карандаш и текстурированный лист с порошковым покрытием или сатиновый лист на подогреваемом столе. Листы PEI устойчиво держатся при температуре 110 °C. После остывания стола напечатанная деталь обычно отклеивается сама или легко снимается шпателем. Для улучшения адгезии первого слоя рекомендуется использовать дополнительное покрытие для стола, например, наклейку BuildTak.

Как предотвратить образование «лапши» и протечек

Ввиду экстремальных температур печати и низкой скорости вращения вентилятора охлаждения существует высокая вероятность эффекта «лапши» (образование нитей при холостом перемещении сопла) и протекания материала.

Попробуйте в настройках увеличить расстояние и скорость ретракта (т.е. отвода экструдера при перемещении между точками печати), а также увеличить скорость перемещения по оси XY. Таким образом 3D‑принтер будет совершать более быстрые движения, и для образования протечек останется меньше времени.

Так выглядит дефект под названием стрингинг («лапша») © raise3d.com

Нюансы при печати первого слоя

Из‑за высокой склонности поликарбоната к деформации первый слой очень важен. Материал лучше всего прилипает к первому слою при медленной экструзии толстым слоем. Кроме того, если первый слой печатать на 30 градусов горячее, чем остальную часть детали, это значительно улучшит адгезию первого слоя.

Как настроить гладкость верхних слоев

При высокой температуре печати экструдированный филамент проседает, если его не поддерживать. Слои со сплошным заполнением следует печатать медленно, на скорости около 50%, чтобы у них было больше шансов успешно преодолеть промежутки между линиями заполнения. Следует использовать не менее четырех верхних слоев, что обеспечит их максимальную гладкость.

Процент заполнения, как правило, не должен превышать 25%, чтобы обеспечить поддержку верхних слоев. Если модель нуждается в меньшем объеме заполнения, можно добавить дополнительные верхние слои, чтобы увеличить вероятность получения прочного верхнего слоя.

Печатайте мосты эффективно

Высокая температура также может повлиять и на печать мостов – сегментов, которые создаются между двумя поддерживаемыми позициями. Поскольку пластик выдавливается в разреженном воздухе между обеими сторонами моста, он будет иметь тенденцию провисать, пока остывает. Необходимо следить за тем, чтобы скорость вентилятора при печати мостов оставалась низкой, иначе это может привести к короблению и расслоению из‑за резкого изменения температуры.

Соблюдайте условия хранения материала

ПК хорошо впитывает влагу из воздуха. Рекомендуется хранить этот гигроскопичный термопласт в герметичном контейнере, пока он не используется. Если во время эксплуатации ПК находится во влажной среде, он может стать непригодным к печати уже через сутки. Пропитанный влагой напечатанный материал будет белым, а в процессе печати будет трескаться и пузыриться. Чтобы предотвратить эти проблемы, катушку с филаментом следует просушить в духовке или дегидраторе.

Статья опубликована 13.09.2024 , обновлена 13.09.2024