IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Технология 3d печати имеет массу преимуществ, среди которых относительная простота конструкции принтеров и ценовая доступность как устройств, так и расходных материалов. Причем, ассортимент материалов является, пожалуй, самым широким среди всех доступных технологий. Как правило, для печати используются термопластики, но есть и исключения – композитные материалы, содержащие различные добавки.[1]

Использование 3d печати в мире набирает обороты, и автомобильная промышленность находится сейчас в лидерах применения такой печати на производстве. Основные задачи, которые стоят перед используемом материалом состоят в наличии таких свойств как: термостойкость, прочность, износостойкость и т.д. Но далеко не все материалы подходят для этих нужд. Поэтому рассмотрим варианты пластиков и их модификаций которые применяются или могут применятся в автомобильной промышленности.

1. Нейлон (Nylon)

Рисунок 1 – Катушка с нейлоном для 3d печати

Нейлон привлекателен своей высокой износоустойчивостью и низким коэффициентом трения. Так, нейлон зачастую используется для покрытия трущихся деталей, что повышает их эксплуатационные качества и зачастую позволяет функционировать без смазки. Вслед за широким применением нейлона в промышленности, материалом заинтересовались и в сфере аддитивного производства.

Таблица 1 – Характеристики нейлона

Плотность	1,134 г/см³
Гигроскопичность	3,09%
Прочность на разрыв	65,99 Мпа
Относительное удлинение при разрыве	Свыше 300%
Температура плавления	218°C
Температура стеклования	49,4°C
Температура экструзии	235-260°C
Температура пиролиза	350-360°C

Достоинства: высокая износоустойчивость, высокая эластичность, устойчивость к большинству растворителей на органической основе, высокая термостойкость, с легкостью поддается механической обработке. Недостатки: высокая гигроскопичность, выделение токсичных паров при пиролизе.[1]

2. Поликарбонат (PC, ПК)

Поликарбонаты привлекательны за счет своей высокой прочности и ударной вязкости, а также устойчивости к высоким и низким температурам. Стоит отметить потенциальный риск для здоровья при печати: в качестве сырья зачастую используется токсичное и потенциально карциногенное соединение бисфенол А. Остаточный бисфенол А может содержаться в готовых изделиях из поликарбоната и испаряться при нагревании, в связи с чем рекомендуется производить печать в хорошо вентилируемых помещениях. Прочный конструкционный материал. Выдерживает кратковременный нагрев до 153 °С. Диапазон температур длительной эксплуатации: от -100 до 115-130 °С. Обладает высокой жесткостью и прочностью в сочетании с очень высокой стойкостью к ударным воздействиям в том числе при повышенной и пониженной температуре. Имеет высокий коэффициtнт трения. Подвергается стерилизации. Имеет отличные диэлектрические свойства. Обладает хорошими оптическими свойствами. Не стоек к действию УФ-излучения (падает ударопрочность, относительное удлинение).[1]

3. Полифенилсульфон (PPSU)

Рисунок 2 – Деталь из полифенилсульфона

Полифенилсульфон – высокопрочный термопластик, активно применяемый в авиационной промышленности. Материал имеет прекрасную химическую и тепловую устойчивость и практически не горит. Полифенилсульфон биологически инертен, что позволяет использовать этот материал для производства посуды и пищевых контейнеров. Диапазон эксплуатационных температур составляет -50°С - 180°С. Пластик устойчив к воздействию растворителей и горюче-смазочных материалов. При всех своих достоинствах, полифенилсульфон редко используется в 3D-печати ввиду высокой температуры плавления, достигающей 370°С. Такие температуры экструзии не под силу большинству настольных принтеров, хотя теоретически печать возможна при использовании керамических сопел. В настоящее время единственным активным пользователем материала является компания Stratasys, предлагающая промышленные установки Fortus.[4]

Рисунок 3 – Таблица характеристик полифенилсульфона.

Ударопрочный полистирол (HIPS)

Ударопрочный полистирол широко используется в промышленности для производства различных бытовых изделий, строительных материалов, одноразовой посуды, игрушек, медицинских инструментов и пр. При 3D-печати полистирол демонстрирует физические свойства, весьма схожие с популярным ABS-пластиком, что делает этот материал все более популярным. Наиболее же привлекательной особенностью полистирола является отличие от ABS в отношении химических свойств: полистирол достаточно легко поддается органическому растворителю Лимонену. Многие характеристики HIPS похожи на характеристики ABS, PLA или SBS, однако отличаются в лучшую сторону:

1. Материал не поглащает влагу, лучше переносит условия внешней среды, не подвержен разложению. Дольше хранится в открытом состоянии без упаковки.

2. Мягкий, лучше поддается механической постобработке.

3. Легкость и низкое водопоглощение позволяют при соблюдении определенных условий создать не тонущий в воде объект.

4. Сопротивление широкому ряду химических и иных сред

5. Стойкость к биологическому воздействию. [2]

Данные материалы имеют как свою плюсы, так и минусы. в данном случае минусами являются: для поликарбоната – токсичность при пиролизе, для полифенилсульфон – высокая температура печати, порядка 360 градусов, а для нейлона и ударопрочного полистирола это небольшой диапазон температур до 90-100 градусов. Но все эти пластики могут найти применение в автомобильной промышленности, например полифенилсульфон и поликарбонат интересны тем, что имеют очень высокую температуру плавления и прочность что позволяет их использовать в тех местах где температура доходит до 200 С например, в подкапотном пространстве или в местах с повышенной температурой, а пластики HIPS и нейлон вполне подходят для использования в тех местах где температура не превышает 90 градусов но важны такие свойства как износостойкость и ударопрочность.

Список литературы:

1. Интернет ресурс: http://3dtoday.ru/wiki/FDM_materials

2. Ударопрочные пластики. Бакнелл, К.Б. Л.: Химия, 2005

3. Основы технологии переработки пластмасс: Учебное пособие для ВУЗов / 2-е изд., испр. и доп. Власов, С.В., Кандырин, Л.Б., Кулезнев, В.Н. и др. - СПб.: Химия, 2004

4. Интернет ресурс: http://www.ddmlab.ru/materials/termoplastiki_fdm/

highperformance/material-ppsf/

5. Интернет ресурс: http://rusabs.ru/blogs/blog/filamente-hips

Код для цитирования: Скопировать