Pokud jste už někdy tiskli z flexibilního filamentu tak to asi znáte: stringování, filament se vám na cívce pořád zašmodrchává, převisy a přemostění nestojí za nic, povrch výtisku vypadá hrozně, tryska se ucpává, extruder má problémy – prostě jeden bolehlav za druhým. Spousta toho má společnou příčinu: je prostě opravdu těžké vyrobit flex filament s konzistentním průměrem.

My jsme proto vývoji nového Prusament TPU 95A věnovali opravdu hodně času – vlastně asi i víc, než jsme původně plánovali. Ale chtěli jsme prostě odvést kvalitní práci a přinést na trh něco nového… a nakonec se nám podařil opravdový průlom: představujeme filament, který na trhu nemá obdoby! Pojďme si ho tedy řádně představit. V první půlce tohoto článku se budeme věnovat specifikacím Prusamentu TPU 95A a v druhé si shrneme vlastnosti TPU obecně. A na závěr se v poslední kapitole podíváme na technické specifikace, protože některé z nich mohou bez kontextu znít trochu zvláštně.

Přesný a konzistentní průměr

Začněme naším největším úspěchem. TPU obecně je dost obtížné vyrobit tak, aby měl filament přesný a konzistentní průměr. Většina výrobců tenhle problém zas tak moc neřeší a prostě prodává filamenty s výraznými odchylkami v průměru napříč celou délkou cívky. Nám se to, jak už to bývá, dost nelíbilo, a tak jsme se zase jednou rozhodli na problému sami zapracovat. A po dlouhém a náročném testování jsme našli způsob, jak vyrobit TPU s přesností, na kterou jste zvyklí od ostatních Prusamentů. Funguje to přibližně nějak takhle:

Po výrobě prochází TPU filament procesem relaxace, během kterého polymer mění tvar do energeticky efektivnějšího stavu. Během tohoto procesu, který trvá přibližně jeden den, se průměr filamentu mírně mění a je opravdu obtížné najít ideální bod, kdy filament dosáhne rovnoměrné tloušťky 1,75 mm.

Jak už jsme zmínili, většina výrobců tuhle část problému moc neřeší. V průběhu výroby je průměr v toleranci a že se do doby, kdy ho zabalíte a odešlete zákazníkovi, jeho průměr výrazně změní není zas až tak dobře znát. To vede k vyššímu riziku ucpávání extruderu filamentem a nerovnoměrné distribuci materiálu během tisku.

A jak jsme to tedy vyřešili u nás? Nemůžeme tu sice prozradit detaily z našeho výzkumu a vývoje, ale můžeme říct, že filament vytváříme s určitou extra tolerancí průměru, která se dynamicky mění podle toho, jak se plní cívka. Výsledkem je, že když materiál na cívce projde relaxačním procesem, průměr se změní na požadované rozměry. A můžeme s hrdostí říci, že naše TPU má skutečně průměr 1,75 mm; nicméně pro maximální transparentnost uvádíme jako nejvyšší toleranci 0,06 mm. Jako vždy si výrobní údaje můžete zkontrolovat na každé jednotlivé cívce a přesvědčit se sami.

Snadná tisknutelnost: Žádné seřizování idleru a bezchybný tisk s Nextruderem!

Zapracovali jsme i na několika faktorech, které tisk Prusament TPU 95A usnadňují tak, jak to jen jde: prvním je přesný průměr. Druhým je chemická modifikace polymeru, který je teď ve svém finálním stavu odolnější proti deformaci. Tím se zabrání zamotávání filamentu v podávacím mechanismu extruderu. Třetím je to, že Nextruder (MK4/S, Core One, XL) jsme navrhli tak, aby s ním byl tisk měkkých filamentů snazší než kdy předtím: flexibilní filamenty obecně mají při tisku s nextruderem velmi malou tendenci selhávat a v kombinaci s Prusament TPU 95A pak dostanete jednu z nejspolehlivějších možností, jak tisknout z flex filamentů. A posledním faktorem je to, že filament guide (součást stavebnic 3D tiskáren Original Prusa) filament mírně napíná a tím pomáhá spolehlivějšímu zásobování Nextruderu materiálem.

Vylepšená mechanická odolnost

Struktura polymeru Prusamentu TPU 95A (typ ether diol) se od většiny filamentů TPU (typ ester diol) mírně liší. Tenhle rozdíl pak dává našemu materiálu některé výhody v mechanické i chemické odolnosti. Prusament TPU 95A má například velmi nízkou absorpci vlhkosti a vysokou odolnost proti hydrolýze*. Svoji vysokou pružnost a odolnost proti nárazu si zachovává i při nízkých teplotách (až do -50 °C). A v neposlední řadě je tento materiál odolný i proti mikrobiálnímu rozkladu, má dobrou teplotní odolnost (HDT 78,6 °C při 1,80 MPa) a skvělou chemickou odolnost (zejména vůči olejům a tukům).

*TPU eterového typu (Prusament 95A) je stabilnější a při vystavení páře nebo horké vodě se nerozkládá tak značně jako esterové typy.

Specifikace Prusamentu TPU 95A

Výhody
Měkký a ohebný v tenkých vrstvách, pevný a odolný v silných vrstvách
Vysoká spolehlivost tisku s minimálním nebo žádným stringováním
Přesný, konzistentní průměr
Dobře tiskne přemostění a převisy (ve srovnání s jinými TPU)
Skvělá odolnost proti opotřebení
Ohebný a odolný i v teplotách pod bodem mrazu
Vysoká odolnost proti hydrolýze a mikrobiálnímu rozkladu
Velmi nízká absorpce vlhkosti
Nevýhody
Před tiskem může být nutné provést některé úpravy (v závislosti na vaší tiskárně)
Tisk na hladký tiskový plát vyžaduje separační vrstvu
Při skladování v podmínkách s vysokou vlhkostí může být nutné sušení
Velké výtisky mají tendenci se kroutit

Barva, hmotnost a cena materiálu 

Prusament TPU 95A je zatím k dostání v jedné barevné variantě: natural. Jedná se o teplou bílou/krémovou barvu, která připomíná Prusament PLA Vanilla White. Další barvy už připravujeme, takže je na co se těšit! Aktuálně vás jedna 500g cívka Prusamentu TPU 95A Natural vyjde na 899 Kč (vč. DPH).

Doporučená nastavení tiskárny

Dost možná tou nejúžasnější věcí na tomhle novém filamentu je to, že pokud ho tisknete s Nextruderem, nemusíte provádět žádné speciální úpravy. Žádné ladění idleru, sušení ani nic jiného. Nicméně i přes všechna naše vylepšení filamentu se pořád můžete občas setkat s menšími problémy, stejně jako u obyčejného PLA. Pro tyto případy jsme připravili článek v našem online centru nápovědy Prusa, ve kterém najdete kompletního průvodce tiskem a řešení problémů s Prusamentem TPU 95A. Nezapomeňte si ho tedy před tiskem přečíst. Můžete se také podívat do Filamentové tabulky, kde najdete nejdůležitější parametry – například doporučované typy tiskových plátů. To nejdůležitější pro vás přidáme i tady:

Podporované profily v PrusaSliceru: Core One, XL, MK4S, MK4, Prusa Pro HT90

Teplota trysky: 220-240 °C

Teplota vyhřívané podložky: 55-75 °C

Doporučené tiskové pláty: Saténový a PA Nylon

Sušení před tiskem: není nutné (kromě případů, kdy narazíte na problém s tiskem jako je stringování nebo ucpávání trysky)

Nejlepší využití

A teď několik tipů, jak vlastnosti našeho nového filamentu využít co nejlíp. Hlavní výhodou flexibilních filamentů je celkem jasně to, že se docela podobají gumě. Obecně se z nich tedy tisknou hlavně měkké a ohebné objekty. A proč taky ne? Při tisku s nižším procentem výplně mohou být modely opravdu měkké (zejména s gyroidní výplní). Ale není od věci si připomenout, že TPU materiály mají i vysokou odolnost proti opotřebení. Při 100% výplni a silných vrstvách je materiál prakticky nezničitelný. Vysoká mechanická odolnost se může hodit pro opravdu náročné průmyslové aplikace, například pro tisk distančních vložek pro těžké stroje atd. Obzvlášť hezkou vychytávkou je taky možnost propojení výplně v PrusaSliceru. Při tisku na vícehlavé verzi XL tahle varianta výplně vytvoří velmi pevné spojení mezi pružnými a tuhými částmi výtisku.

 

Nejrůznější popruhy a ohebné součástky Odolné rukojeti
Kryty ostrých hran: Vysoká odolnost TPU 95A proti opotřebení je ideální pro kryty lyží, bruslí atp. Ochrana kabelů od Michala Fanty: další dobrý příklad vysoké mechanické odolnosti
Pneumatiky pro RC modely podle vašeho návrhu – zde Prusa3D a Anton Ochranná pouzdra na telefon – autoři: Antony a SHOT
Zarážka dveří, autor: Steve Ofukovací balonek
Různé haptické modely a masážní nástroje: Soft touch knobs od Rorys3D, masážní nástroje od Anze a a69291954, fidget od Prusa Polymers Odolné náhradní díly: Puntas de sifon de acuario od Fidelio

Co je vlastně TPU?

Chcete se toho o TPU dozvědět ještě víc? Tak čtěte dál, máme pro vás všechny podrobnosti! TPU, jakožto základní polymer používaný k výrobě našeho nového Prusamentu, je jedním z nejběžnějších typů flexibilních materiálů používaných pro 3D tisk. Celá tato rodina navíc patří do mnohem větší skupiny flexibilních materiálů zvaných TPE (termoplastické elastomery). Samotný TPU je blokový kopolymer obsahující tvrdé (polyuretanové) i měkké (polyolové) segmenty. Kromě elasticity je tento materiál známý také svou odolností proti nárazům, oděru, olejům a mastnotám. Díky těmto užitečným vlastnostem se používá k výrobě dílů v automobilovém průmyslu, elektrickém nářadí, lékařských přístrojích, vnějších krytech elektronických zařízení a obecně všude tam, kde je nutná vysoká odolnost proti opotřebení a nárazům.

Schematické znázornění a) složek polymerního řetězce TPU a b) jejich fázové struktury. Zdroj: Termoplastické polyuretany: syntéza, výrobní techniky, směsi, kompozity a aplikace – vědecká ilustrace na ResearchGate.

TPU se snadno tiskne, má nižší absorpci vlhkosti a nekroutí se tolik jako některé jiné TPE materiály. Navíc velmi dobře přilne k povrchu tiskového PEI plátu (upřímně řečeno až příliš dobře): více informací najdete v našem průvodci filamenty.

Většina hobby uživatelů používá TPU hlavně pro jeho flexibilní vlastnosti, a tak se občas zapomíná, že má i výjimečnou odolnost proti opotřebení. Při tisku v silných vrstvách se stává méně flexibilním a prakticky nezničitelným. Dá se takhle použít pro spoustu věcí, které by se jinak nevratně deformovaly nebo dokonce zlomily.

Tvrdost dle Shore

Tvrdost dle Shore je hodnota, kterou každý výrobce filamentů uvádí k popisu tvrdosti jejich materiálů, nebo přesněji jejich měkkosti (v našem případě je to 95A). Tento parametr se měří zařízením zvaným Shoreův tvrdoměr. Ten vám řekne, jak měkký (nebo tvrdý) je měřený materiál. A to měřením hloubky vtisku vytvořeného kovovým hrotem, který je na materiál přitlačen s danou silou.

Tvrdost se dá měřit na několika stupnicích, ale v tomto případě používáme tvrdost Shore A. Na stupnici A se hodnoty pohybují od 0 do 100, kde mezi některé z nejměkčích materiálů patří například gumičky (20A) a nejtvrdší jsou materiály jako třeba kolečka skateboardu (90-100A).

Filamenty pro 3D tisk se obvykle nacházejí na tvrdší straně spektra Shore A (většinou někde mezi 85 a 100), protože tvrdší materiály se lépe tisknou. Obecně platí, že čím měkčí je filament, tím snáze se zamotává do podávacího mechanismu extruderu.

Stupnice tvrdosti dle Shore. Zdroj: Smooth-On

V rámci celé stupnice je naše TPU poměrně tvrdý materiál, ale mezi ostatními flexibilními filamenty se nachází někde uprostřed. Prusament TPU 95A je velmi měkký a ohebný v tenkých vrstvách a velmi tvrdý a odolný v silných vrstvách (při plné výplni).

Mechanické vlastnosti

A ještě jedna poslední, ale důležitá informace: myslíme si, že by nebylo od věci vysvětlit některé základní technické parametry, které můžete v technickém listu najít. Některé parametry totiž nelze změřit (například rázová houževnatost Charpy při pokojové teplotě), některé zkušební metody se liší od testů prováděných na pevných filamentech a některá měření jsou specifická pro flexibilní materiály.

Rázová houževnatost Charpy: Se nedá určit, protože TPU se při pokojové teplotě neláme.

Pevnost v tahu: Používá se maximální pevnost v tahu a maximální prodloužení podle normy ISO 37, která se vztahuje na pryžové materiály.

Teplota tepelné deformace: Hodnoty 0,45 MPa nebyly použity, místo toho byl přidán Vicatův bod měknutí A (ISO 306).

Tvrdost podle Shore: Naměřená tvrdost je kolem 93A, což je způsobeno chemickou úpravou použitou během výrobního procesu a vzduchovými bublinami v 3D tištěných testovacích objektech. Pro srovnání jsme změřili také tvrdost podle Shore D.

Tvarová paměť při konstantní deformaci [%]: Tahle hodnota je trochu obtížně pochopitelná. Může se zdát, že se objekt deformuje o desítky procent. Jak to ale funguje ve skutečnosti? Testovaný objekt je za určitých podmínek (čas a teplota) stlačen o 10 %. Poté necháme model uvolnit a změříme rozdíl v rozměrech. Pokud tedy v datovém listu uvádíme deformaci 33,5 %, nemůže se jednat o 33,5 % celého testovaného objektu. Hodnota 33,5 % se vypočítá z 10 % objektu. Tady je příklad: (hypotetický) testovaný objekt má 10 mm a je stlačen o 10 % na 9 mm. Po uvolnění je rozměr objektu 9,665 mm. Hodnota 33,5 % představuje 0,335 mm v poměru k 10 % (1 mm). Jednoduché, že? 😊

Fidget od Prusa Polymers

Snad to nebylo až moc technických detailů, a doufáme, že vám pomohly. A jasně, někdo si možná řekne: „A proč vlastně taková fanfára? Vždyť to jen další TPU.“ Ale jak vidíte, i s něčím tak základním, jako je TPU, se dá udělat spousta věcí, aby výsledný materiál byl opravdu úžasný. Tak jak se vám náš nový Prusament líbí? Nezapomeňte nám to napsat do komentářů!

Tisku zdar!