Filamenty napełniane (kompozyty tworzyw polimerowych)

Na rynku filamentów istnieje wiele odmian standardowych materiałów takich jak: PLA, ABS, PETG, PA. W porównaniu z nienapełnianymi odmianami filamentów, te napełniane filamenty zawierają dodatki wprowadzone do stopionego polimeru. Wprowadzenie napełniaczy pozwala na zmianę własności bazowego polimeru. Zmianie ulegają: wytrzymałość, właściwości mechaniczne, struktura powierzchni, wygląd, kolor. Filamenty napełniane i domieszkowane pozwalają i na tworzenie efektywnych i efektownych wydruków modeli 3D.

Najczęściej stosowanymi filamentami napełnionych domieszkami, mającymi zmienić ich własności są:

A: Filament Carbon fiber (kompozyty polimeru i włokien węglowych).

Filamenty napełniane włóknem węglowym mają zwykle w nazwie dopisek CF, +CF, CF15, +CF15%. Filamenty z dodatkiem włókna węglowego występują w kolorze czarnym. Do druku z filamentów wzmocnionych włóknem węglowym, zalecane jest użycie dysz do głowicy drukarki ze stali utwardzanej w procesie hartowania, azotowania lub PVD, ponieważ charakteryzują się one dużo większą odpornością na ścieranie. Dodanie włókien węglowych do filamentu stosowanego do druku 3D zmienia właściwości mechaniczne oraz wygład wydruków 3D. Domieszkowanie włóknami węglowymi pozytywnie wpływa na wytrzymałościowe parametry tworzywa. Włóknem węglowym napełnia się filamenty, których składnikiem bazowym jest nylon PA. Materiał ten dodaje się do tworzyw typu PET-G i PLA.

Włókna węglowe wykazują wiele pożądanych właściwości materiałowych:

• Wysoka sztywność.
• Wysoka wytrzymałość na rozciąganie.
• Wysoka tolerancja na ciepło.
• Wysoka odporność chemiczna.
• Niska waga.
• Niska rozszerzalność cieplna.

Filamenty Carbon produkowane są przez wiele firm, które zajmują się przygotowywaniem materiałów do druku 3D techniką FDM. Filamenty Carbon są idealne do wszelkich zastosowań wymagających lekkości i sztywności. Części wzmocnione włóknem węglowym, zaprojektowane tak, aby zużywać mniej materiałów i zmniejszać wagę, są niezwykle popularne w lotnictwie, inżynierii lądowej, wojsku i sportach motorowych.

Filamenty z włóknami węglowymi są specjalnym rodzajem filamentów, w których do tradycyjnych tworzyw drukarskich, takich jak PLA, ABS, PETG czy nylon, dodaje się włókna węglowe, co nadaje im wyjątkowe właściwości. Zastosowania wydruków 3D z filamentów z włóknami węglowymi są szerokie i obejmują wiele różnych dziedzin, takich jak przemysł, motoryzacja, lotnictwo, kosmonautyka, medycyna, sport, prototypowanie i wiele innych.

Oto kilka przykładów zastosowań wydruków 3D z filamentów z włóknami węglowymi:

Komponenty motoryzacyjne: Filamenty z włóknami węglowymi charakteryzują się wysoką wytrzymałością, sztywnością i lekkością, co czyni je idealnymi do drukowania części motoryzacyjnych, takich jak przepustnice, obudowy silników, elementy zawieszenia, osłony, zbiorniki paliwa i inne.

Części lotnicze i kosmiczne: Włókna węglowe charakteryzują się bardzo wysoką wytrzymałością, odpornością na korozję i lekkością, co czyni je idealnym materiałem do drukowania części lotniczych i kosmicznych, takich jak osłony, pokrywy, uchwyty, kształtki i inne.

Prototypowanie: Filamenty z włóknami węglowymi pozwalają na drukowanie prototypów o wysokiej wytrzymałości i precyzji, co jest szczególnie przydatne w dziedzinach inżynierii, prototypowania produktów przemysłowych i innych zastosowań, gdzie wymagana jest wyjątkowa trwałość i precyzja.

Elementy sportowe: Filamenty z włóknami węglowymi są stosowane do drukowania elementów sportowych, takich jak kaski, protezy, ochraniacze, części sprzętu sportowego i innych, gdzie wymagana jest wyjątkowa wytrzymałość, sztywność i lekkość.

Aplikacje medyczne: Włókna węglowe są stosowane w niektórych zastosowaniach medycznych, takich jak drukowanie implantów, protez, narzędzi chirurgicznych i innych, gdzie wymagane są wyjątkowe właściwości materiału, takie jak biokompatybilność, trwałość i precyzja.

Elementy dekoracyjne: Filamenty z włóknami węglowymi są również stosowane do drukowania elementów dekoracyjnych, takich jak ozdoby, biżuteria, modele architektoniczne i innych, gdzie połączenie estetyki i wyjątkowych właściwości materiału jest pożądane

Narzędzia i przyrządy: Filamenty z włóknami węglowymi są wykorzystywane do drukowania narzędzi i przyrządów, takich jak klucze, uchwyty, przystawki, formy i inne, gdzie wymagana jest wyjątkowa wytrzymałość, sztywność i trwałość.

Elementy konstrukcyjne: Filamenty z włóknami węglowymi są stosowane do drukowania elementów konstrukcyjnych w różnych dziedzinach, takich jak budownictwo, inżynieria lądowa i wodna, gdzie wymagane są materiały o wysokiej wytrzymałości, odporności na warunki atmosferyczne i trwałości.

Elementy elektroniczne: Filamenty z włóknami węglowymi są stosowane do drukowania elementów elektronicznych, takich jak obudowy, uchwyty, osłony i inne, gdzie wymagana jest ochrona przed interferencją elektromagnetyczną (EMI) oraz wysoka wytrzymałość mechaniczna.

B: Filament Glass fiber (kompozyty polimeru i włokien szklanych).

Filamenty napełniane włóknem szklanym mają zwykle w nazwie dopisek GF. Ten materiał ma wysokie właściwości ścierne wśród filamentów do drukowania 3D. Użytkownicy mogą stwierdzić, że standardowe mosiężne dysze głowic drukarek 3D ulegają bardzo szybkiemu zużyciu. Średnica dyszy będzie się nierównomiernie powiększać aż w drukarce wystąpią problemy z wytłaczaniem.

Do druku z filamentów wzmocnionych włóknem szklanym, zalecane jest użycie specjalnych dysz do głowicy drukarki ze stali utwardzanej w procesie hartowania, azotowania lub PVD, ponieważ charakteryzują się one dużo większą odpornością na ścieranie, niż tradycyjne dysze mosiężne. Istnieją na rynku filamenty, napełniane włóknami szkła przeznaczone do druku modeli, mających kontakt z komponentami elektronicznymi, wrażliwymi na wyładowania elektrostatyczne. Włókna szklane są izolatorem w przeciwieństwie do włókien węglowych które są przewodnikiem.

Włókna szklane nie powodują pogorszenia właściwości dielektrycznych filamentu. Takie filamenty posiadają właściwości izolujące elektrycznie oraz antystatyczne. Zazwyczaj są to odpowiednio modyfikowane materiały PLA, ABS, PETG, PA. Włókna szklane wraz z ich fizycznymi właściwościami, nadają filamentom ogromną wytrzymałość i dobre właściwości mechaniczne.

Zbrojenie włóknem szklanym nadaje materiałowi wiele pożądanych właściwości:

• Wysoką wytrzymałość.
• Wysoką sztywność.
• Wysoką odporność chemiczna.
• Niską rozszerzalność cieplna.

Z tych powodów włókno wzmocnione włóknem szklanym jest bardzo popularne w przemyśle motoryzacyjnym, mechanicznym, inżynierii lądowej i badawczej.

Filamenty z włóknami szklanymi są jednym z rodzajów materiałów stosowanych w technologii druku 3D. Są to filamenty, w których do polimeru dodawane są włókna szklane, co nadaje im dodatkowe właściwości i cechy. Oto kilka zastosowań wydruków 3D z filamentów z włóknami szklanymi:

Prototypowanie i produkcja części motoryzacyjnych: Filamenty z włóknami szklanymi są często stosowane do drukowania prototypów i produkcji części samochodowych. Dzięki swojej wyjątkowej wytrzymałości, sztywności i odporności na wysoką temperaturę, są idealne do tworzenia części o dużej funkcjonalności, takich jak obudowy silników, kanały powietrza, układy wydechowe i inne.

Elementy konstrukcyjne: Filamenty z włóknami szklanymi mogą być również stosowane do drukowania elementów konstrukcyjnych w budownictwie, inżynierii lądowej i wodnej. Dzięki swojej wysokiej wytrzymałości, odporności na korozję i niskiemu wchłanianiu wilgoci, są używane do produkcji elementów konstrukcyjnych, takich jak belki, dźwigary, złącza i inne, które muszą spełniać rygorystyczne wymagania techniczne.

Sprzęt sportowy: Filamenty z włóknami szklanymi znajdują zastosowanie w produkcji sprzętu sportowego, takiego jak kaski, osłony, rakiety tenisowe, łuki, deski snowboardowe i inne. Dzięki swojej wyjątkowej wytrzymałości, sztywności i lekkości, są idealne do produkcji elementów sportowych, które muszą być wytrzymałe i funkcjonalne.

Elementy dekoracyjne: Filamenty z włóknami szklanymi mogą być stosowane do drukowania elementów dekoracyjnych, takich jak ozdoby, rzeźby, lampy i inne. Dzięki swojej wyjątkowej teksturze, przejrzystości i wytrzymałości, pozwalają na tworzenie efektownych i trwałych elementów dekoracyjnych.

Zastosowania przemysłowe: Filamenty z włóknami szklanymi znajdują również zastosowanie w wielu innych dziedzinach przemysłu, takich jak przemys budowy statków, przemysł chemiczny, petrochemia, przemysł spożywczy, a także w produkcji narzędzi, form wtryskowych, matryc i innych elementów wymagających wysokiej wytrzymałości, odporności na korozję, temperatury i działanie innych czynników.

C: Filament ESD (kompozyty polimeru i dodatków przewodzących).

Filamenty przeznaczone do stosowania w krytycznych zastosowaniach, które wymagają ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD), wysokich właściwości termicznych, wysokich właściwości mechanicznych i ognioodporności. Rezystancja powierzchni drukowanej części ESD może się różnić w zależności od temperatury ekstrudera drukarki. Na przykład, jeśli testy wykażą, że część jest zbyt izolująca, zwiększenie temperatury ekstrudera spowoduje poprawę przewodnictwa. W związku z tym rezystancję powierzchniową można zmieniać dostosowując temperaturę ekstrudera w górę lub w dół w zależności od otrzymanego odczytu rezystancji.

Filamenty oznaczane tym symbolem posiadają właściwości rozpraszające ładunki elektrostatyczne. Filamenty elektrostatyczne wytwarzane są na bazie PA, PLA, ABS, PETG, PPS.

Typowe zastosowania ESD PPS obejmują: komponenty dysków twardych, obsługa płytek, przyrządy, obudowy i złącza aplikacje do przenoszenia, pomiaru i wykrywania.

Filamenty ESD (Electrostatic Discharge) to specjalne rodzaje filamentów stosowane w druku 3D, które charakteryzują się właściwościami antystatycznymi. Wydruki 3D z filamentów ESD są przewodzące elektrycznie, co oznacza, że mogą kontrolować lub eliminować ładunki elektrostatyczne, które mogą być szkodliwe dla elektronicznych komponentów, urządzeń lub innych wrażliwych na uszkodzenia materiałów.

Zastosowania wydruków 3D z filamentów ESD są szerokie i obejmują przemysł elektroniczny, zautomatyzowane urządzenia, urządzenia medyczne, przemysł lotniczy i kosmiczny, przemysł obronny, produkcję komponentów elektrostatycznie wrażliwych oraz wiele innych. Kilka przykładowych zastosowań filamentów ESD w druku 3D to:

Osłony i obudowy elektronicznych komponentów: Wydruki 3D z filamentów ESD mogą być stosowane do produkcji osłon, obudów, pokryw i innych części ochronnych dla elektronicznych komponentów, takich jak płyty drukowane (PCB), mikroprocesory, diody, kondensatory itp. Te części mogą zapewniać ochronę przed uszkodzeniami elektrostatycznymi, które mogą wystąpić podczas transportu, składowania, montażu lub eksploatacji tych komponentów.

Narzędzia montażowe: Filamenty ESD mogą być również używane do druku narzędzi montażowych, takich jak uchwyty, przyrządy do testowania, zaciski itp., które mogą być stosowane w przemyśle elektronicznym do montażu, testowania i pakowania komponentów elektronicznych. Te narzędzia mogą pomagać w eliminowaniu ryzyka uszkodzeń elektrostatycznych podczas procesów montażu.

Urządzenia do przewodzenia elektrostatycznego: Filamenty ESD mogą być również używane do produkcji urządzeń przewodzących elektrostatycznie, takich jak sondy, rury, przewody, elektrody itp., które są stosowane w różnych aplikacjach, takich jak testowanie elektrostatyczne, pomiar elektrostatyczny, eliminacja elektrostatycznych rozładowań i inne aplikacje wymagające przewodzenia elektrostatycznego.

D: Filament Copper, Aluminium, Iron, Magnetic (kompozyty polimeru i proszków metali).

Filamenty produkowane najczęściej na bazie PLA oraz innych tworzyw termoplastycznych napełniane proszkiem z miedzi, dzięki czemu wydrukowany model można w dalszym etapie obróbki wypolerować. Wypolerowany wydruk 3D do złudzenia przypomina miedź metaliczną. Na rynku są dostępne filamenty wysoko wypełnione miedzianym proszkiem, które umożliwiają użytkownikowi drukarki FDM 3D drukowanie obiektów z miedzi, które są prawie nie do odróżnienia od przedmiotów wykonanych z metalicznej miedzi. Do druku z filamentów napełnianych proszkami metali, zalecane jest użycie dysz ze stali utwardzanej, ponieważ charakteryzują się one dużo większą odpornością na ścieranie.

Filamenty mogą być napełniane innymi proszkami metali: żelaza, magnezu lub aluminium. Modele 3D wydrukowane za pomocą filamentów napełnianych proszkami metali są wyraźnie większą masę dzięki zawartości sproszkowanego metalu oraz przypominają elementy wykonane z metalu. Do druku z filamentów domieszkowanych proszkami metali, zalecane jest użycie dysz ze stali utwardzanej, ponieważ charakteryzują się one większą odpornością na ścieranie. Filamenty napełniane proszkami metali można wytwarzać z granulatów zawierających proszki.

Można też wytwarzać granulaty polimerów termoplastycznych napełnionych proszkami metali we własnym zakresie. Konieczny jest zakup linii do granulacji wyposażonej w dwuślimakową wytłaczarkę wraz z odpowiednim wyposażeniem w dozowniki boczne oraz dozowniki grawimetryczne.

E: Filament Wood (kompozyty polimeru i proszków lub włokien drewna).

Filamenty, najczęściej na bazie PLA oraz innych tworzyw termoplastycznych napełnione proszkami lub włóknami drewna. Wydrukowane modele imitują elementy wykonane z drewna. Modele drukowane z wykorzystaniem filamentu drewnianego zachowują charakterystyczny dla drewna zapach. Na rynku dostępne są różne odcienie drewnianych filamentów, jak również zdarzają się filamenty, których kolor zmienia się w zależności od aktualnej temperatury druku. Do druku z filamentów wzmocnionych domieszką drewna, zalecane jest użycie dysz ze stali utwardzanej, ponieważ charakteryzują się one większą odpornością na ścieranie. Ze względu na występowanie w filamencie drobinek drewna, istnieje ryzyko zatkania się dyszy posiadającej niewielką średnicę.

Drukowanie 3 D może być przyjemne Materiał ten umożliwia tworzenie ładnych, drewnopodobnych wydruków modeli 3D. Wydruki możesz szlifować i barwić. Drukowaniu towarzyszy, przypominający prawdziwe drewno, zapach

F: Filament Mineral, Stone (kompozyt polimeru i proszków mineralnych).

Filamenty najczęściej produkowane na bazie PLA oraz innych tworzyw termoplastycznych napełnianych proszkami mineralnymi. Filamenty napełnione proszkami mineralnymi powodują, że drukowane modele 3D imitują elementy wykonane z kamienia naturalnego.

• Napełniacze mineralne tworzyw sztucznych wprowadza się w celu polepszenia lub zmiany właściwości:
• Wyglądu powierzchni.
• Własności mechanicznych.
• Własności cieplnych.
• Zwiększenia masy i objętości kompozycji polimer-napełniacz.
• Obniżenia ceny gotowego wyrobu.

Niektóre z napełniaczy nadają tworzywom specjalne właściwości, jak np.:

• Mniejszą palność.
• Podwyższoną odporność termiczną.
• Przewodnictwo cieplne.
• Wysoki lub niski współczynnik tarcia.
• Trwałość kształtu.

Ze względu na występowanie w filamencie drobinek kredy i innych domieszek mineralnych, istnieje ryzyko zatkania się dyszy posiadającej niewielką średnicę.

Filamenty mineralne są dobrymi materiałami które mogą zostać wykorzystane w pracowniach architektonicznych oraz przez artystów. Materiały charakteryzują się podatnością na obróbkę mechaniczną po druku. Dzięki czemu sprawdzają się przy druku architektonicznym, druku makiet czy rzeźb.

Filamenty mineralne to specjalne rodzaje filamentów 3D, które zawierają w sobie cząstki minerałów lub wypełniaczy mineralnych. Te filamenty charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną, stabilnością termiczną oraz specyficznymi właściwościami fizycznymi, takimi jak odporność na ogień, niski współczynnik tarcia, a także możliwość nadawania efektu metalicznego lub kamienistego wyglądu drukowanym obiektom.

Oto niektóre zastosowania wydruków 3D z filamentów mineralnych:

Prototypowanie przemysłowe: Filamenty mineralne mogą być stosowane do drukowania prototypów komponentów przemysłowych, takich jak obudowy maszyn, osłony, ramy, zębatki i inne elementy, które wymagają wytrzymałości mechanicznej, stabilności termicznej i innych specjalnych właściwości fizycznych.

Meble i wyposażenie wnętrz: Filamenty mineralne mogą być używane do drukowania mebli i innych elementów wyposażenia wnętrz, takich jak lampy, doniczki, ramki na obrazy, ozdoby i wiele innych. Druk 3D z filamentów mineralnych pozwala na tworzenie unikalnych wzorów, struktur i tekstur, które nadają meblom i innym elementom wyjątkowego charakteru.

Wykończenia architektoniczne: Filamenty mineralne mogą być stosowane do drukowania elementów architektonicznych, takich jak kolumny, gzymsy, panele, fryzy i inne elementy, które dodają estetyczny wygląd i trwałość do projektów architektonicznych. Filamenty mineralne pozwalają na tworzenie detali i ornamentów, które trudno uzyskać za pomocą tradycyjnych metod produkcji.

Repliki historyczne i kulturalne: Filamenty mineralne mogą być stosowane do tworzenia replik historycznych i kulturalnych, takich jak rzeźby, rzeźby, artefakty historyczne i inne, które są wykorzystywane w muzeach, wystawach, filmach, teatrach i innych miejscach. Druk 3D z filamentów mineralnych pozwala na precyzyjne odtworzenie detali i kształtów oryginalnych dzieł sztuki i kultury.