Vydali jsme dva nové, profesionální Prusamenty s jedinečnými vlastnostmi a PP tiskový plát pro snadný tisk PP filamentů! Pojďme se na tuhle předvánoční nadílku tedy podívat trochu blíž a představme si výhody Prusamentů PP Carbon Fiber a PETG Magnetite 40%. Zatímco PP Carbon Fiber se vyznačuje vysokou chemickou odolností, PETG Magnetite 40% obsahuje práškový magnetit, takže je těžší a má paramagnetické vlastnosti.

Prusament PP Carbon Fiber Black 650 g

Nejprve si představíme Prusament PP Carbon Fiber Black. PP (polypropylen) je obecně vzato materiál běžně používaný v obalech – je bezpečný, odolný a pružný a jeho hlavní výhodou je velká odolnost vůči různým chemikáliím. Čistý polypropylen (filament) má ale velmi nízkou rozměrovou stabilitu. Pokud jste s ním někdy tiskli dost možná jste se sami potýkali s velmi silnou tendencí k deformacím a značným množstvím vadných výtisků. Abychom těmhle problémům pokud možno předešli, přidali jsme do Prusamentu PP Carbon Fiber Black uhlíková vlákna. Díky nim se sice mírně zhorší soudržnost materiálu mezi jednotlivými vrstvami a filament se stane křehčím a neohýbatelným (tzn. čistý PP se dá ohýbat ale PP s uhlíkovými vlákny se zlomí), ale na druhou stranu uhlíková vlákna výrazně usnadňují tisk, a to i ve velkých objemech, při zachování vynikající chemické odolnosti a zlepšení teplotní odolnosti materiálu.

Nový tiskový plát pro snazší tisk s PP

A protože našim záměrem je, aby byl tisk z našeho nového PP co nejjednodušší, vyvinuli jsme taky nový PP tiskový plát. Je to naše zatím nejlepší řešení pro tisk materiálů na bázi polypropylenu. U běžných PEI tiskových plátů je potřeba řešit extrémně nízkou přilnavost PP k tiskovému  povrchu – jedinou možností je obvykle použití dalšího příslušenství, například polypropylenové pásky (izolepy). Příprava takové separační vrstvy nejen zabere nějaký ten čas, ale také vyžaduje určitou zručnost a páska navíc zanechává na tiskovém povrchu lepidlo. S PP tiskovým plátem vám bude stačit udržovat povrch odmaštěný pomocí IPA, podobně jako u běžných tiskových plátů.

Plát je kompatibilní s většinou PP, PLA, PETG a flexibilních filamentů. K dostání je v našem e-shopu, za 1199 Kč.

Chemická odolnost

Největší předností Prusamentu PP Carbon Fiber je bezpochyby jeho vysoká chemická odolnost. Níže najdete v tabulce několik vybraných chemikálií a porovnání toho, nakolik jim Prusament PP Carbon Fiber odolává – je dobře vidět, že tento materiál je vysoce odolný vůči řadě rozpouštědel, olejů a neoxidujících kyselin a zásad.

Seznam vybraných chemických látek a jejich vlivu na Prusament PP Carbon Fiber. Systém hodnocení: A = zanedbatelný účinek, B = omezená absorpce nebo napadení, C = rozsáhlá absorpce a/nebo rychlé pronikání, D = rozsáhlé napadení – vzorek se rozpouští nebo rozpadá.

Lehký a přitom odolný

Prusament PP Carbon Fiber Black je velmi lehký, a přitom velice odolný, což jej činí vhodným pro použití v oblasti konstrukce letadel a/nebo dronů, kde je šetření hmotnosti naprostá nutnost.

Cena a váha

Vzhledem k nižší hustotě (0.91 g/cm³) dostanete na jedné 650 g cívce 340 m filamentu. Pro srovnání – při stejné hmotnosti by to bylo například  224,25 m PETG. Co se ceny týče, tak 650 g cívka PP Carbon Fiber stojí 1799 Kč.

Příklady využití

Prusament PP Carbon Fiber najde využití všude tam, kde je nutná dobrá tepelná a chemická odolnost. Například zařízení laboratoří, nádrže na olej, víčka a uzávěry kanystrů na chemikálie, dávkovače chlóru do bazénů, tepelně namáhané díly, díly RC letadel atd.

Nádrž na brzdovou kapalinu (odolnost vůči různým chemikáliím, včetně olejů)	Víčko kanystru (náhradní díly odolné vůči chemikáliím)
Model výfukového potrubí (Ukázka hezky vytisknutého pohledového dílu)	Nádoba odolná vůči chemikáliím(Další příklad chemicky odolných dílů)
Stojan na zkumavky (Tepelně a chemicky odolné součásti použitelné v laboratorním prostředí)	Dávkovač chlóru do bazénu (Chemicky odolný díl)

Prusament PETG Magnetite 40% Grey 1 kg

A teď něco úplně jiného. Opět jsme se rozhodli vyrobit nový, jedinečný materiál, jaký jinde nenajdete. Jako základ jsme použili náš Prusament PETG a přidali do něj jemný magnetitový prášek, díky kterému má tento nový filament paramagnetické vlastnosti, extra váhu a atraktivní tmavě šedou barvu. 

Dali jsme si opravdu záležet na tom, aby se náš nový materiál snadno tiskl a zároveň byl vhodný pro průmyslové i vědecké aplikace – stačí jen vyměnit standardní trysku za tvrzenou a můžete si vytisknout prakticky cokoli, co dobře využije jeho paramagnetické vlastnosti. Například různé komponent používané v automatizaci: magnetické spínače, potenciometry, indukční senzory atp. Nicméně s Prusament PETG Magnetite 40% se nemusíte omezovat jen na profesionální použití – vhodný je i pro hobbisty! Ale než se ponoříme do rozboru jeho fyzikálních vlastností, musíme zmínit jednu důležitou věc: filament sám o sobě není magnetický, takže ho nelze použít např. k tisku magnetů na ledničku. Podrobně si to vysvětlíme v následujících kapitolách. Připravte se, je to tak trochu technické.

Co je vlastně Magnetit?

Čistý magnetit (chemický vzorec Fe₃O₄) je černý feromagnetický minerál a jedna z hlavních železných rud. Velice běžné je použití při výrobě oceli, ale možná jste se setkali i s dalšími aplikacemi, jako jsou ferrofluidy nebo čištění vody od těžkých kovů a mikroorganismů.

Fyzikální vlastnosti materiálu

Nejprve je důležité vysvětlit, co to je paramagnetismus. Zatímco čistý magnetit je feromagnetický, což znamená, že daný materiál lze přeměnit na permanentní magnet, v případě Prusament PETG Magnetite 40% tomu tak úplně není. Když je magnetitový prášek navázán v PETG, dodává 3D-tištěnému objektu paramagnetické vlastnosti. Paramagnetismus je forma magnetismu, kdy samotný materiál není zdrojem vlastního magnetického pole, ale může být přitahován vnějším magnetickým polem a následně vytvářet vnitřní magnetické pole, ve směru magnetického pole aplikovaného. Laicky řečeno: Prusament PETG Magnetite 40% nefunguje jako magnet, ale je přitahován magnetickým polem, stejně jako kus železa (jen o chlup slaběji).

Teoreticky vzato by se Prusament PETG Magnetite 40% v permanentní magnet proměnit mohl, stejně jako čistý magnetit. Ale PETG použité jako pojivo silně ovlivňuje magnetické domény a brání změně jejich orientace, protože částice Magnetitu uvnitř 3D-tištěného modelu jsou rozloženy nehomogenně. Takže proměna výtisku v permanentní magnet by vyžadovala opravdu extrémně silné magnetické pole – takové, kterého by bylo možné dosáhnout pouze pomocí specializovaného zařízení v laboratorních podmínkách. Vysoký obsah magnetitového prášku materiálu také dodává vyšší hustotu: 1.82 g/cm³,materiál je tedy těžší než voda, což se může hodit při aplikacích, kde je nutná vyšší hmotnost. A pozor! Magnetitový prášek je vysoce abrazivní materiál, takže při tisku tohoto materiálu je nutná tvrzená tryska. Absorpce vlhkosti je zanedbatelná, stejně tak deformace, takže pro tisk tohoto Prusamentu nepotřebujete žádné další speciální vybavení ani přípravky.

Naměřené magnetické vlastnosti

O změření magnetických vlastností dílů vytištěných z Prusament PETG Magnetite 40% jsme požádali jsme brněnský CEITEC (Central European Institute of Technology – tj. Středoevropský technologický institut) a níže najdete výsledky spolu s celým postupem testování pro lepší pochopení vlastností materiálu. Pokud se s fyzikálními zákonitostmi tohoto materiálu až tak podrobně seznamovat nechcete, klidně tuto kapitolu přeskočte.

1) Příprava zkušebních objektů

Pro test byly vytištěny dva typy objektů: krychle a válec. Krychle měla rozměry 4x4x4 mm a válec měl výšku 4 mm a průměr 2 mm. Oba objekty byly vytištěny na 3D tiskárně Original Prusa MK3S+ za použití následujících nastavení v aplikaci PrusaSlicer:

• Průměr trysky: 0.25 mm
• Výška vrstvy: 0.07 mm (preset ultra detail MK3)
• Perimetry: 3
• Spodní vrstvy: 8
• Vrchní vrstvy: 11
• Teplota trysky: 250 °C
• Teplota vyhřívané podložky: 85 °C první vrstva, 90 °C v dalších vrstvách
• Násobič extruze: 1.04
• Chlazení: 30 – 50%

Obr. 1: 3D-tištěné zkušební objekty a orientace magnetického pole v průběhu testů

2) Měření

Magnetické vlastnosti 3D-tištěných zkušebních objektů byly měřeny pomocí vibračního magnetometru v CEITEC. Objekty byly testovány v horizontální i vertikální poloze, aby se zjistilo, zda existuje nějaký vliv vrstev 3D výtisku na magnetické vlastnosti objektu.

Obr.2: Závislost hustoty magnetického toku na intenzitě magnetického pole u testovaných válcových těles

3) Výsledky a diskuze

Výsledky měření našich testovacích objektů jsou uvedeny v grafu výše. Tenká hysterezní křivka viditelná v grafu je typická pro měkké (paramagnetické) magnety. Naproti tomu tvrdé (permanentní) magnety by poskytly výsledky znázorněné jako hysterezní křivka s širším rozpětím na stupnici intenzity magnetického pole (H). Také jejich hustota magnetického toku (magnetická indukce, B) by dosahovala desítek nebo stovek mT. Než se ponoříme hlouběji do výsledků, možná by stálo za to vysvětlit některé základní pojmy, o kterých budeme hovořit: Saturační magnetizace M_S – stav, kdy jsou všechny vektory všech magnetických domén a jejich hybnosti ve zkoumaném objektu uspořádány ve směru vnějšího magnetického pole a magnetizace materiálu nenarůstá.

Magnetická doména – oblast atomů v magnetickém materiálu s původem v orbitálním pohybu a spinu elektronů, jež je v přítomnosti magnetického pole orientována ve směru magnetického toku

Remanentní indukce B_R– zbytková magnetická indukce, kterou si materiál zachovává při působení nulové intenzity magnetického pole 

Koercitivní intenzita H_C– intenzita magnetického pole materiálu, která je schopna odolat působení vnějšíhp magnetického pole, aniž by se materiál demagnetizoval

Pro výpočet výsledných hodnot byl použit zjednodušený faktor permeability vakua 0.0001 N/A², který je běžně využíván v inženýrských aplikacích za účelem přiblížit reálnou hodnotu magnetických vlastností méně homogenního materiálu při atmosférickém tlaku vnějšího prostředí. Saturační magnetizace ležícího tělíska (válečku) v ose z odpovídá 5.564×10^–3 T. Také jeho koercitivní síla je v tomto případě velmi nízká (14.329 kA/m), tudíž lze výsledné pole válečku lehce přepínat (tedy přemagnetovat). Takové materiály mohou být ideální pro dynamické aplikace, které vyžadují časté přepínání magnetického pole (např. transformátory). Maximální hustota energie válečku je 1.197 (kJ/m³), což při přepočtu odpovídá 0.15 MGOe (mega gauss oersted). Pro srovnání: běžné feritové magnety dosahují hodnot (BH)_max v rozmezí 0.8 až 5 MGOe a běžně používané NdFeB magnety dosahují hodnot 25 až 50 MGOe. Rozdíly hodnot mezi stojící a ležící pozicí jsou v tomto případě v rámci odchylky měření. Z naměřených dat ale dále vyplývá, že při snížení tiskové teploty trysky na 230 °C docházelo ke zvýšení nehomogenity materiálu. Při tisku za zvýšených teplot by mohla vznikat lépe propojená struktura magnetických domén magnetitového prášku v objektu. Dále byly na CEITEC VUT změřeny magnetické vlastnosti kostek s vnějším magnetickým polem aplikovaným v různých osách (jak je znázorněno na obr. 1). Bylo zjištěno zvýšení hustoty magnetického toku (magnetické indukce), když magnetické silové pole procházelo kolmo k povrchům XZ a YZ, na kterých byly viditelné vrstvy 3D tisku. Povrch XY (kde byla viditelná pevná výplň) tento jev nevykazuje. Možným vysvětlením je, že magnetické domény povrchů XZ a YZ se snadněji orientovaly ve směru kontaktu nanášení taveniny v jedné vrstvě, zatímco magnetické domény mezi vrstvami se spojovaly obtížněji. Výsledky tedy ukázaly, že magnetické vlastnosti 3D-tištěného tělesa jsou závislé na orientaci objektu a nastavení tisku.

Cena a váha

Na rozdíl od našeho nového PP, zmíněného výše, je hustota Prusamentu PETG Magnetite 40% vyšší než u běžného filamentu. Na 1kg cívce tedy dostanete 245 m filamentu. Opět srovnání – pokud byste měli stejnou hmotnost čistého PETG, bylo by to 345 m. Jedna cívka Prusament PETG Magnetite 40% stojí 1199 Kč.

Příklady použití

Jak jsme řekli – tento materiál je díky magnetitovému prášku uvnitř paramagnetický (ne feromagnetický). Je proto přitahován k magnetu, podobně jako kus železa, byť ne tak silně. Přesto se dá pro Prusament PETG Magnetite 40% najít řada použití jak v rámci hobby, tak profesionálních projektů. U profesionálního použití to budou například různé elektronické součástky používané v automatizaci: spínače, potenciometry, indukční senzory, elektromagnetické stínění atd. V hobby projektech zase různé nástroje, které pak bude možné připojit k magnetu, nebo umělecké či designové kousky a hračky. Nebo může jednoduše posloužit jako závaží.

Paramagnetické hardwarové součástky (Cokoliv, co vytisknete z PETG Magnetite 40% půjde přichytit na magnet)	Elektronika (Různé indukční senzory, transformátory. spínače atd.)
Součásti magnetických krabiček (Víka a další součásti, které by měly být přitahovány magnetem)	Umění a design (Různé magneticko-levitační součásti, kousky, které „popírají gravitaci“ atd.)
Magnetické skládačky (Všemožné magnetické skládačky, puzzle, nebo i nové kousky pro stavebnici GeoMag atp.)	Vizuální díly (Prusament PETG Magnetite 40% má velmi pěkný matný povrch a snadno se tiskne)

Tak jak se vám naše nové filamenty líbí? Pokud máte nějaké nápady, pro které by mohla být zapotřebí naše spolupráce, určitě nám dejte vědět! Vždycky si rádi vyzkoušíme něco nového! Tento materiál byl vytvořen za podpory projektu NCK pro průmyslový 3D tisk, reg. č. TN02000033, který je spolufinancován se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci programu Národního centra kompetence. Použité modely: Magnetic UFO od Sevro, Snap-Off Knife 18mm a Snap-Off Knife 9mm – autor Michal Fanta, Tangram od AnnaV., NBA Airless basketball od PartyLime, Corinthian column od Štístko, earphone case/phone stand od safpep