W ramach projektu Laboratoria przyszłości szkoły otrzymały fundusze na zakup drukarek 3D. Ze względu na powszechność, a co za tym idzie dostępność i cenę urządzeń, będą to maszyny drukujące w technologii FDM.

Technologia FDM (ang. Fused Deposiotion Modeling) znana także, jako FFF (ang. Fused Filament Fabrication), to wszechstronna technika druku 3D, której cechą charakterystyczną jest roztapianie i wytłaczanie materiału podanego w formie żyłki (filamentu) z głowicy drukującej.

Filament ma postać nawiniętej na szpulę żyłki przeważnie o masie 1 kg. Na rynku filament występuje w trzech średnicach: 1,75 mm, 2,85 mm i 3 mm i dlatego kupując go należy sprawdzić wcześniej, jaką średnicę obsługuje nasza drukarka. W szkole prawie zawsze będzie to filament 1,75 mm, co na 1kg materiału daje ponad 300 metrów długości.

Wybór filamentów na rynku jest naprawdę bardzo duży, więc w tym względzie nie musimy iść na żadne kompromisy i można wybrać taki, który zaspokoi nasze potrzeby, jednak zanim rozpoczniemy swoją przygodę z drukarkami 3D musimy dokładnie poznać materiały, jakich można użyć do drukowania i jakie są różnice między nimi.

PLA

PLA (Polilaktyd), czyli kwas mlekowy, jest wytwarzany przede wszystkim z takich materiałów jak mączka kukurydziana. Jest to filament w pełni biodegradowalny i najczęściej będziecie używali go do drukowania w waszych szkołach. Ze wszystkich rodzajów filamentów jest najtańszy na rynku.

Temperatura głowicy: 180 - 220^oC. Nie wymaga podgrzewanego stołu, choć zaleca się jego grzanie w przedziale 40 – 60^oC. W czasie wydruku zaleca się także chłodzenie wydruków i to nawet intensywne. W postprocessingu nie wchodzi w reakcję z acetonem i do wygładzania powierzchni trzeba użyć papieru ściernego o różnych gradacjach, szpachli do tworzyw sztucznych i malowania. Elementy wydrukowane z PLA można sklejać ze sobą przy użyciu kleju cyjanoakrylowego, np.: Kropelka, Super Glue.

Zalety PLA:

- niska temperatura topnienia,

- łatwy w drukowaniu, 

- nie wymaga podgrzewanego stołu,

- nie wydziela nieprzyjemnego zapachu,

- niski skurcz, dzięki czemu w czasie stygnięcia drukowanego modelu nie występują pęknięcia i odkształcenia

- duża sztywność i twardość

Wady PLA:

- wydruki miękną i deformują się w temperaturze ok. 70^oC

- kruchość

- bardzo często wymaga mocnego chłodzenia wydruku

- trudne do usunięcia podpory

- pracochłonny postprocessing

ABS

ABS (Akrylonitrylo-Butadieno-Styren) jest bardzo często stosowanym tworzywem na świecie. Produkuje się z niego obudowy elektroniki, wyposażenie wnętrz samochodów, sprzętów AGD, akcesoriów sportowych i jeszcze wielu, wielu innych.

Niestety ABS jest filamentem dość trudnym w drukowaniu i nie zaleca się rozpoczynania nauki od tego tworzywa. Głównym problemem jest jego duży skurcz i podatność na pękanie w czasie stopniowego wychładzania podczas wydruku. Istnieją czynności, które pozwalają częściowo zniwelować te problemy, jednak jest to materiał, który wymaga sporego doświadczenia. Drukowanie ABS-em powinno odbywać się w drukarce z zamkniętą komorą roboczą przy temperaturze głowicy 230 – 260^oC, temperaturze stołu ok. 90 – 100^oC i bez chłodzenia wydruku lub z minimalnym nadmuchem. Za to jest bardzo przyjazny w postprocessingu, ponieważ wchodzi w mocną reakcję z acetonem. Powierzchnie można wygładzić przecierając model pędzelkiem z acetonem lub zastosować kąpiel w oparach acetonu. Należy jednak pamiętać, że aceton jest wysoce łatwopalny i praca z nim wymaga ostrożności i dobrze wentylowanego pomieszczenia.

Elementy wydruków można łączyć ze sobą samodzielnie wykonanym gęstym sokiem ABS. Sok ABS, to substancja powstała z rozpuszczenia kawałków filamentu ABS w acetonie.

Zalety ABS:

- dobry materiał konstrukcyjny,

- wytrzymuje wyższe temperatury niż PLA,

- jest stosunkowo twardy, ale bardziej elastyczny niż PLA,

- łatwy w obróbce (także papierem ściernym),

- bardzo łatwe usuwanie suportów, brimów i raftów.

Wady ABS:

- duży skurcz,

- podczas drukowania wrażliwy na warunki otoczenia (przeciągi, powiewy),

- wydziela nieprzyjemny zapach w czasie drukowania,

- wrażliwy na wilgoć (zawilgocony filament ABS nie nadaje się do drukowania.)

PET-G

Jest uniwersalnym filamentem, który może stanowić alternatywę dla PLA, eliminując jego wszystkie wady i nie powinien stwarzać problemów w eksploatacji z większością drukarek 3D, jednak przed rozpoczęciem pracy z tym filamentem należy sprawdzić, czy drukarka 3D obsługuje taki materiał. Drukuje się nim równie łatwo jak PLA, a przy tym jest o wiele twardszy i wytrzymuje wyższe temperatury. Wydrukowany model gwarantuje pełną wodoodporność powierzchni, jest dość odporny na zarysowania, a podczas drukowania, PETG pozostaje bezwonny i nietoksyczny. Powierzchnia gotowych modeli jest błyszcząca. Temperatura głowicy drukującej mieści się w przedziale 220 – 250^oC, a stołu roboczego ok. 80^oC.

PETG jest idealny do drukowania modeli przepuszczających światło.

Materiały gumopodobne np. TPU lub FLEX

Są to materiały, które w dotyku przypominają gumę. Bardzo przydatne do drukowania elastycznych elementów, jednak wymagają trochę doświadczenia. Ponad to materiałem elastycznym możemy drukować tylko na drukarkach z systemem podawania filamentu direct drive. System Bowden jest w tym przypadku wykluczony.

W zależności od użytego materiału drukowanie wymaga temperatury głowicy w przedziale 190 – 230^oC, a w niektórych przypadkach nawet 250^oC. Stół może osiągać temperaturę ok. 40 – 50^oC, choć są odmiany tego materiału, które wcale nie wymagają podgrzewania stołu. Drukowanie materiałem elastycznym jest dość czasochłonne i często odbywa się z prędkościami rzędu 20 mm/s. Należy unikać wydruków z suportami, a wydruki są trudne do oczyszczenia z wszelkiego rodzaju nitek.

Wydruki z takiego filamentu są odporne na niskie temperatury (nawet -40^oC), a przy próbach na zrywanie rozciągają się do 500%.

Na rynku jest jeszcze wiele innych materiałów do drukowania w technologii FDM. Bardzo ciekawe efekty uzyskuje się z filamentów drewnopodobnych i metalicznych, które są kompozytami PLA i stosunkowo łatwo daje się nimi drukować nawet bardziej skomplikowane modele. Jest także NYLON, który jest jednym z najbardziej wytrzymałych filamentów dostępnych na ten typ drukarek 3D i jednocześnie jest jednym z najtrudniejszych tworzyw, a drukowanie nim jest bardzo wymagające. Drukarka musi mieć zdolność rozgrzania dyszy do 270^oC, a stołu do 120^oC. Kolejnym problemem będzie bardzo duża absorbcja wilgoci, dlatego należy go przechowywać ten materiał w szczelnie zamkniętym pojemniku, a przed drukowaniem suszyć.

Bez względu na rodzaj materiału, jakim będziemy chcieli drukować, koniecznie musimy sprawdzić, czy producent naszego modelu drukarki 3D dopuszcza stosowanie wybranego materiału, a jeżeli tak to parametry drukowania koniecznie musimy dobierać sugerując się zaleceniami producenta danego filamentu.

Krzysztof Fortuna