• Petus
• May 22 2023
• Komerce
• 2320x Přečteno

• Co jsou tiskové struny pro 3D tisk
• Charakteristika nejdůležitějších typů tiskových strun
• 3D tisk v prototypování
• 3D tisk v elektronice
• Tiskové struny v nabídce TME

Získaný prostorový tisk je řešením, které je na trhu již poměrně zavedené, i když ve vnímání mnoha lidí je stále poměrně čerstvé a inovativní. Možnost tisknout celé objekty od základu změnila nejen způsob myšlení o prototypování, ale také proces realizace takových projektů. Stejně jako se tradiční tiskárna neobejde bez cartridge nebo toneru, 3D tiskárna nezvládne nic bez tiskové struny, jež může mít různé vlastnosti, kterým se vyplatí věnovat pozornost při výběru materiálu.

Co jsou tiskové struny pro 3D tisk?

Tiskové struny pro 3D tisk jsou termoplastické materiály používané k tisku trojrozměrných objektů nanášením roztaveného materiálu 3D tiskárnou. Jsou k dispozici v různých typech a barvách z materiálů, jako je ABS (akrylonitrilbutadienstyren), PLA (polylaktid), PET (polyethylentereftalát), nylon a mnoho dalších. Dodávají se v podobě cívek navinutých na rolích, které se pak vkládají do 3D tiskárny. Rozvíjený termoplastický materiál se protlačí tryskou zahřátou na teplotu, která způsobí jeho roztavení. Tryska, která řídí tok materiálu, se pohybuje v prostoru podle pokynů softwaru (např. CAM). To připomíná stereolitografii (SLA), při níž se výroba také provádí nanášením postupně vytvrzovaných laserem vrstev. 3D tisk proniká do stále většího počtu oborů, což vede k rozšiřování seznamu tiskových strun dostupných na trhu. Některé vznikají z přírodních surovin, jiné jsou syntetizovány výhradně z umělých hmot. Všechny tyto typy však mají jedno společné: mají podobu tenkých a několik desítek až stovek metrů dlouhých vláken navinutých na cívkách v různých rozměrových standardech. Tyto cívky se pohodlně montují a demontují na tiskárně a (díky bočním krytům) dobře chrání vlákna před sklouznutím z cívky.
Tiskové struny od uznávaných dodavatelů jsou k dispozici ve dvou základních průměrech vláken: 1,75 mm a 2,85 mm. Zpravidla jsou vyrobeny pečlivě a bez nahodilých zesílení nebo jakýchkoli nepravidelností. To je velmi důležité pro kvalitu tiskového procesu, protože každé zesílení znamená přídavek materiálu v trysce a mírně odlišné chování materiálu při nanášení v aktuální vrstvě a je třeba si uvědomit, že tloušťka typické jedné vrstvy je přibližně 80 % průměru trysky, tedy obvykle o něco méně než půl milimetru (např. pro trysku Ø 0,4 mm bude výsledná vrstva 0,32 mm).

Charakteristika nejdůležitějších typů tiskových strun

Existuje mnoho typů tiskových strun, a tedy i materiálů, ze kterých jsou vyrobeny. Existuje však skupina těch, které lze s jistotou označit za nejoblíbenější a které se vyplatí znát při zahájení práce s 3D tiskárnami:

ABS (akrylonitrilbutadienstyren)
Jedná se o jeden z nejoblíbenějších typů tiskových strun pro 3D tisk. ABS je trvanlivý a odolný proti stlačení a oděru, a také dobře snáší vysoké teploty. Je proto ideálním materiálem pro tisk dílů vystavených dlouhodobému provozu v náročných podmínkách. Může se však špatně zpracovávat, při tisku vydává nebezpečné a nepříjemné pachy a bez horkého pracovního lůžka a tiskového lepidla je náchylný k deformacím. Jeho teplota tisku se pohybuje od 210 do 250 °C. Tiskové struny ABS vznikají v důsledku procesu termoplastické syntézy. Tento proces zahrnuje míchání tří složek: akrylonitrilu, butadienu a styrenu ve speciálním zařízení zvaném kontinuální míchačka, aby vznikla homogenní hmota. Tato hmota se zahřeje na vysokou teplotu, aby se roztavila, a poté prochází tryskou, která ji formuje do tenkých vláken. V dalším kroku se tato vlákna ochladí a navinou na role. Správné míchání složek a správné roztavení a tvarování vláken je zásadní pro získání vysoce kvalitních tiskových strun, které budou dobře fungovat ve 3D tiskárnách.
Mezi typické aplikace ABS patří mimo jiné domácí spotřebiče, cyklistické přilby nebo kostky pro děti. ABS se také používá k výrobě nejrůznějších druhů pouzder, krytů, rukojetí, pák nebo malých dokončovacích prvků. Důležité je, že tento materiál by neměl přijít do styku s potravinami.

PLA (polylaktid)
Je netoxický a biologicky odbouratelný typ tiskové struny, který se snadno zpracovává a je bezpečný pro životní prostředí, díky čemuž je dnes nejoblíbenějším typem tiskových strun pro 3D tisk. PLA je pružnější a méně odolný vůči vysokým teplotám než ABS. Zároveň se snadněji tiskne, protože se nedeformuje a nevyžaduje ohřívací lůžko, potřebuje nižší teploty tisku (180-230 °C) a nevydává nepříjemné pachy. Použití PLA je velmi široké a zahrnuje například výrobky k vystavování (figuríny) nebo nejrůznější stavební prvky, což usnadňuje dostupnost mnoha barevných provedení. Tiskové struny PLA vznikají v důsledku procesu termoplastické syntézy. Tento proces zahrnuje míchání přírodních surovin (např. kukuřičného škrobu) s chemickými přísadami, jako jsou kyselina mléčná (polymléčná) a polyethylenglykol. Tato hmota se stejně jako téměř všechny tiskové struny zahřívá na vysokou teplotu a poté prochází vhodnou tryskou, která ji formuje do tenkých vláken. V dalším kroku se tato vlákna ochladí a poté navinou na role.

Důležitým problémem je nízká odolnost PLA vůči vyšším teplotám, takže díly z něj vytištěné by se neměly používat při teplotách vyšších než 55–60 °C. Na druhou stranu je velkou výhodou vhodnost použití dílů z této suroviny jako základu při práci se specializovanými tiskovými strunami (např. vodivými) a její biologická rozložitelnost.

PETG (polyethylentereftalát s příměsí glykolu)
Jedná se o trvanlivý a pružný typ vlákna s plnou odolností vůči vodě a chemikáliím, a proto se pravidelně používá k tisku předmětů, jako jsou lahve a jiné obaly. Tiskové struny PETG vznikají v důsledku procesu termoplastické syntézy surovin, jako je kyselina tereftalová a glycerol a několik dalších chemických sloučenin mimo jiné antioxidanty a stabilizátory. Odolnost této tiskové struny vůči chemikáliím (olejům, tukům nebo benzínu) je její velkou výhodou, a proto je široce používán. Vyznačuje se také transparentností, která je důležitá v mnoha aplikacích.

PA (nylon)
Jedná se o trvanlivý a flexibilní typ tiskové struny, nerozpustný a odolný proti oděru a mechanickému poškození. Nylon se často používá k tisku dílů, které musí odolat velkému zatížení, jako jsou ozubnice či expanzní pružiny. Zároveň je třeba mít na paměti jeho hygroskopické vlastnosti a během tisku se chránit před škodlivými výpary, které vylučuje. Nylonové tiskové struny vznikají v důsledku procesu termoplastické syntézy za účasti surovin, jako je kyselina azelaová a glycerol, k nimž se ještě přidávají antioxidanty a stabilizátory.

PC (polyakrylonitril)
Jedná se o typ tiskové struny, který je odolný vůči vysokým teplotám a vyznačuje se vysokým stupněm trvanlivosti. PC, nazývaný polykarbonát, se často používá k tisku dílů, které musí odolávat vysokým teplotám a zatížení. Tiskové struny PC jsou výsledkem procesu termoplastické syntézy, ve kterém se suroviny, jako je bisfenol A a karboxylová kyselina, mísí s chemickými přísadami v podobě antioxidantů a stabilizátorů. TPE (termoplastické elastomery) a jeho variantyTento materiál je plast s vlastnostmi podobnými gumě, takže je extrémně pružný a trvanlivý. Je však třeba poznamenat, že se v podstatě nejedná o jeden typ materiálu, ale o celou širokou třídu kopolymerů a polymerních směsí, jejichž měkká a roztažitelná vlákna odolávají namáhání, kterého ABS ani PLA nedosahují. Tiskové struny TPE se běžně používají k výrobě automobilových dílů, domácích spotřebičů a zdravotnických potřeb, nicméně manipulace s nimi není snadná – TPE často způsobuje potíže při lisování.
Speciální variantou TPE je termoplastický polyuretan (TPU, jehož tiskové struny jsou velmi oblíbené. Ve srovnání s běžným TPE je tento materiál o něco tužší, což usnadňuje tisk. Je také o něco odolnější a lépe si zachovává svou pružnost při nízkých teplotách. Stejně jako TPE je však i tato tisková struna náročná pro tisk – vyžaduje úzkou dráhu tiskové struny a nízké rychlosti tisku při teplotách mezi 210 a 230 °C.
Další variantou TPE je termoplastický kopolyester (TPC). Není tak široce používán, ale v některých aplikacích je jeho výhodou vyšší odolnost vůči chemikáliím a UV záření a teplotě, která může dosahovat až 150 °C bez přílišného poškození materiálu.

3D tisk v prototypování

Význam 3D tisku pro prototypování je dnes neocenitelný. Tato technologie umožňuje tvorbu rychlých a levných fyzických modelů, což zkracuje fázi návrhu a testování a umožňuje mnohem rychleji implementovat produkt do finální podoby. Díky 3D tisku mohou návrháři a inženýři vytvořit mnoho fyzických variant daného produktu, na kterých mohou otestovat tvar, velikost a funkčnost, a nakonec vybrat tu nejlepší možnost. Perfektně se osvědčuje například v automobilovém průmyslu, kde se 3D tisk běžně používá při navrhování a tvorbě prototypů prvků karoserie či dílů později instalovaných v interiérech vozidel.
Dalším příkladem využití 3D tisku při prototypování je tvorba lékařských modelů, jako jsou protézy, endoprotézy nebo chirurgické nástroje. Zde je také velmi důležité zkrácení doby hledání konečné podoby, a proto popularita 3D tiskáren v lékařském průmyslu roste velmi rychlým tempem. V neposlední řadě stojí za zmínku prototypování samotných forem pro výrobu vstřikováním – i zde použití 3D tisku v konečném důsledku umožňuje rychlou a snadnou výrobu nových plastových výrobků.
Využití 3D tisku v procesech prototypování má ještě jeden rozměr, a to finanční rozměr. Samostatná výroba prototypů namísto jejich objednání u externích subdodavatelů, je mnohem méně nákladná a lépe chrání duševní vlastnictví daného výrobce.

3D tisk v elektronice

Je zřejmé, že 3D tisk našel uplatnění i v navrhování elektroniky. Při návrhu CAD/CAM se v samostatných programech navrhují desky plošných spojů, elektrotechnika a pouzdra. Díky možnosti okamžitého tisku lze tato pouzdra navrhnout a vymodelovat rychle a efektivně tak, aby byly optimální.
Nejnovější řešení však umožnila něco víc: tisk pouzdra s elektronikou zabudovanou uvnitř. To je výsledek kombinace dvou dosud zcela nezávislých procesů – 3D tisku a automatického osazování prvků na PCB – s velmi zajímavým řešením, kterým je vodivá tisková struny. Výsledkem je tedy stroj na výrobu plně funkčních elektronických zařízení. Nejprve musí být celý vodivý obvod navržen ve vhodném prostředí a poté odeslán do softwaru, který celek spojí do souboru, ze kterého tiskárna čte informace o tisku pouzdra, vytvoření vodivých spojů a způsobu osazování součástek.
3D tisk umožňuje také malosériovou výrobu, výrobu na zakázku nebo výrobu prvků pro beta testy. Kromě toho také umožňuje vytvářet náhradní díly pro nestandardní zařízení, která jsou obvykle velmi drahá.

Tiskové struny v nabídce TME

TME nabízí tiskové struny vyráběné mnoha uznávanými dodavateli, které představují širokou škálu materiálů na bázi syntetických i přírodních složek.
Jedná se tedy o materiály jako je ABS v různých podobách, ASA (akrylonitrilbutadienstyren), HIPS (High Impact Polystyrene), PA (nylon, čili polyamid), PCABS (směs polykarbonátu a ABS), PET (polyethylentereftalát), PLA (polylaktid), PMMA (polymethylmethakrylát), PVA (polyvinylalkohol), SILK (lesklá varianta PLA) a termoplastické elastomery TPE a TPU. Nabídku doplňují tiskové struny přizpůsobené pro specializované průmyslové aplikace z řady iglidur® na bázi vysoce výkonných základních polymerů s příměsí různých typů vláken a pevných maziv. Posledně jmenované komponenty poskytují materiálů preferované vlastnosti požadované pro konkrétní úzké aplikace, jako je nezbytná trvanlivost, pevnost a snížené tření a opotřebení součástí, které jsou z nich vytištěny. Díky tomu se perfektně osvědčí např. při výrobě ložisek.
Text připravila společnost Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.


https://www.tme.eu/cz/pages/library-articles/51976/tiskove-struny-pro-3d-tisk-typy-vlastnosti-a-pouziti-v-prototypovani