Materiały do druku 3D – PLA, ABS, PETG i TPU w praktyce

Wybór filamentu ma bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne wydruku, czas potrzebny na kalibrację i koszty eksploatacji drukarki. Cztery dominujące materiały – PLA, ABS, PETG i TPU – różnią się właściwościami chemicznymi, wymaganiami termicznymi i zakresem zastosowań na tyle, że znajomość ich charakterystyki jest podstawową wiedzą dla każdego użytkownika drukarki FDM.

Polska scena materiałów do druku 3D ma jedną ważną cechę: działa tu kilka lokalnych producentów filamentów cieszących się dobrą reputacją w całej Europie. Fiberlogy z Tarnowa i Spectrum Filaments z Żywca to marki, których jakość jest regularnie oceniana przez europejskich recenzentów wyżej niż wielu importerów azjatyckich w podobnym przedziale cenowym.

PLA – najprostszy filament w obsłudze

PLA (polylactic acid, kwas polilaktyczny) to bioplastik produkowany głównie ze skrobi kukurydzianej lub trzciny cukrowej. Z punktu widzenia druku 3D ma dwie kluczowe zalety: niską temperaturę ekstruzji (190–220°C) i brak konieczności stosowania podgrzewanego stołu roboczego. Wydruki PLA praktycznie nie kędzierzawią się, mają dobrą szczegółowość i są łatwe do szlifowania oraz malowania.

Słabości PLA są równie jasno zdefiniowane. Materiał traci kształt przy temperaturach powyżej 55–60°C – jest więc nieprzydatny do elementów pracujących w pobliżu silników, pod maską samochodu czy w pobliżu okna wystawionego na bezpośrednie słońce. Ma też ograniczoną odporność na wilgoć i promienie UV przy długotrwałej ekspozycji na zewnątrz.

Fiberlogy Easy PLA 1.75 mm to filament, który w testach przeprowadzonych przez europejskich recenzentów konsekwentnie uzyskuje oceny zbliżone do Prusament PLA przy cenie o 20–30% niższej.

Standardowy PLA dostępny w Polsce kosztuje 70–100 PLN za 1 kg (750g–1 kg szpule). Fiberlogy Easy PLA i Spectrum PLA Premium to dwie propozycje z krajowego rynku w tej kategorii cenowej, odznaczające się małą tolerancją średnicy (+/- 0,02 mm), co przekłada się na stabilność retrakcji.

ABS – wymagający, ale ciepłoodporny

ABS (acrylonitrile butadiene styrene) to materiał znany z przemysłu tworzyw sztucznych – klocki LEGO, elementy samochodowe i obudowy elektroniki często produkowane są właśnie z ABS. W druku 3D wyróżnia go odporność cieplna do 100°C i znacznie lepsza wytrzymałość mechaniczna w porównaniu do PLA.

Drukowanie ABS jest jednak wymagające. Temperatura ekstruzji wynosi 230–260°C, stół roboczy należy podgrzać do 90–110°C, a cała komora drukarki powinna być utrzymywana w wyższej temperaturze – otwarte drukarki FDM często mają problemy z kędzierzawieniem pierwszych warstw. Do tego ABS emituje podczas drukowania styrenowe opary – nie są one bez znaczenia dla zdrowia, jeśli pomieszczenie jest słabo wentylowane.

Z praktycznego punktu widzenia ABS w Polsce jest stopniowo wypierany przez ASA (acrylonitrile styrene acrylate) – materiał o podobnych właściwościach termicznych, ale znacznie wyższej odporności UV i nieco łatwiejszy do drukowania. Fiberlogy oferuje ASA w kilkunastu kolorach w cenie ok. 90–120 PLN/kg.

PETG – kompromis między łatwością i wytrzymałością

PETG (polyethylene terephthalate glycol) łączy stosunkowo prostą obsługę z właściwościami mechanicznymi zbliżonymi do ABS. Temperatura ekstruzji wynosi 230–250°C, stół roboczy warto podgrzać do 70–85°C, a materiał wykazuje niskie odkształcenia po druku. Odporność cieplna PETG to ok. 80°C – wyraźnie więcej niż PLA, trochę mniej niż ABS.

PETG jest popularny w Polsce do drukowania uchwytów, wsporników, elementów do lodówki (dopuszczona kontakt z żywnością – pod warunkiem odpowiedniego filamentu z certyfikatem food-safe i niezawierającego barwników przemysłowych). Fiberlogy Easy PETG i Spectrum PETG HT100 to dwa krajowe warianty warte uwagi – ten drugi ma podwyższoną odporność termiczną do 100°C.

TPU – filament elastyczny

TPU (thermoplastic polyurethane) to gumopodobny materiał, który po wydrukowaniu zachowuje elastyczność i odporność na ściskanie. Stosuje się go do drukowania uszczelek, nakładek antypoślizgowych, etui na telefony, a w bardziej zaawansowanych projektach – prototypów butów, wkładek ortopedycznych i amortyzatorów.

Drukowanie TPU wymaga cierpliwości: wysoka elastyczność filamentu sprawia, że przy zbyt dużej prędkości podawania lub przy bowdenie (długim przewodzie prowadzącym filament) dochodzi do zapychania i nieregularnego przepływu. Temperatury ekstruzji 220–240°C, stół roboczy 30–60°C. Najlepiej drukuje się na ekstrudery bezpośrednie (direct drive), takie jak stosowane w Prusa i3 czy Bambu Lab P1S.

Ceny TPU w Polsce kształtują się na poziomie 100–200 PLN za 1 kg – wyraźnie więcej niż PLA czy ABS. Devil Design TPU i Fiberlogy FiberFlex to dwie krajowe propozycje z dobrą opinią wśród polskich użytkowników.

Zestawienie parametrów drukowania

Przechowywanie filamentów

Wilgoć to główny wróg filamentów do druku 3D. PLA i PETG absorbują wodę z powietrza w ciągu kilku dni w warunkach o wilgotności powyżej 50% – efektem jest piszczenie podczas druku, tworzenie się pęcherzyków na powierzchni wydruku i zwiększona kruchość materiału. ABS i nylon są jeszcze bardziej wrażliwe na absorpcję wilgoci.

Praktyczne zasady przechowywania filamentów:

• Otwarte szpule przechowywać w szczelnych pojemnikach z żelem krzemionkowym (silica gel). Pojemniki próżniowe do żywności nadają się doskonale.
• Jeśli filament wykazuje objawy zawilgocenia (trzaski, bąbelki), można go wysuszyć w suszarce do filamentów (60–65°C przez 4–8 godzin) lub w piekarniku z termoobiegiem przy odpowiedniej temperaturze.
• Druk bezpośrednio z suszarki eliminuje problem dla materiałów szczególnie wrażliwych jak nylon czy PC.

Szczegółowe dane techniczne dotyczące właściwości tworzyw sztucznych do druku addytywnego można znaleźć w dokumentacji MatWeb – bazy danych właściwości materiałów oraz w kartach danych technicznych poszczególnych producentów filamentów.