Jeśli drukujesz z filamentów elastycznych, znasz te problemy: nitkowanie, filament zawinięty w radełka, słabe mosty i zwisy, brzydkie wykończenie powierzchni, zatykanie dyszy i problemy z wytłaczaniem… Lista jest długa. Wiele z tych problemów wynika z niezwykle trudnego wyzwania, jakim jest uzyskanie naprawdę stałej średnicy elastycznego filamentu.

Poświęciliśmy sporo czasu na opracowanie Prusamentu TPU 95A – może nawet więcej, niż się spodziewaliśmy. Chcieliśmy jednak zrobić to dobrze i wprowadzić na rynek coś nowego. W końcu udało nam się osiągnąć przełom: przedstawiamy filament, jakiego nie oferuje nikt inny. Czas na jego właściwą prezentację! W pierwszej części artykułu omówimy specyfikację Prusamentu TPU 95A, w drugiej podsumujemy ogólne właściwości TPU, a w ostatnim rozdziale przyjrzymy się bliżej specyfikacjom technicznym, ponieważ niektóre z nich mogą wydawać się nieco dziwne, jeśli wyrwie się je z kontekstu.

Dokładnie kontrolowana i stała średnica

Zacznijmy od naszego największego osiągnięcia. TPU (ogólnie) jest trudny do wyprodukowania z zachowaniem stałej średnicy w niskim zakresie tolerancji. Większość producentów nie bierze tego pod uwagę i po prostu sprzedaje filamenty o znacznych wahaniach średnicy. Jak zwykle, nie podobało nam się to, więc postanowiliśmy coś z tym zrobić. Po długich i żmudnych testach znaleźliśmy sposób na wyprodukowanie filamentu o precyzji znanej z innych produktów marki Prusament. Oto jak to działa:

Po wyprodukowaniu filamentu TPU przechodzi proces odprężania, podczas którego polimer ulega przeorganizowaniu strukturalnemu do stanu o niższej energii. Podczas tego procesu, który trwa około jednego dnia, filament nieznacznie zmienia swoją średnicę i naprawdę trudno jest znaleźć idealny punkt, w którym zachowuje stały wymiar 1,75 mm.

Ponownie, większość producentów nie bierze tej kwestii pod uwagę. Średnica mieści się w tolerancji w momencie produkcji, ale nie ma pewności, że do czasu zapakowania i wysłania produktu do klienta, nie ulegnie ona znacznej zmianie. Powoduje to większe ryzyko zatkania dyszy lub nierównomiernej ekstruzji.

Jak poradziliśmy sobie z tym problemem? Nie zdradzając zbyt wielu szczegółów dotyczących naszych badań, tworzymy filament o sztucznie zmniejszonej średnicy, która zmienia się dynamicznie w miarę zapełniania się szpuli. Po wyprodukowaniu szpuli filament przyjmuje pożądane wymiary. Z dumą możemy powiedzieć, że nasze TPU ma rzeczywistą średnicę 1,75 mm; jednak dla maksymalnej przejrzystości podajemy 0,06 mm jako najwyższą tolerancję. Jak zawsze, możesz sprawdzić dane produkcyjne każdej szpuli, by to potwierdzić.

Prusa Air Blower

Łatwość drukowania: brak konieczności regulacji docisku i bezbłędny druk dzięki Nextruderowi!

Pracowaliśmy nad kilkoma czynnikami, które ułatwiają drukowanie Prusament TPU 95A do maksimum: pierwszym jest precyzyjna średnica. Po drugie, zastosowaliśmy modyfikację chemiczną polimeru, który w stanie końcowym jest trudniejszy do odkształcenia. Zapobiega to plątaniu się filamentu w ekstruderze. Po trzecie Nextruder (w MK4/S, Core One i XL) jest skonstruowany tak, aby drukowanie miękkich filamentów było łatwiejsze niż kiedykolwiek. Dzięki temu filamenty elastyczne ogólnie drukują się lepiej, a połączenie go z Prusamentem TPU 95A tworzy jedną z najpewniejszych konfiguracji druku elastycznego dostępnych na rynku. I wreszcie, prowadnica filamentu (część zestawu drukarki 3D Original Prusa) powoduje jedynie niewielkie naprężenie, które pomaga w bardziej niezawodnym podawaniu filamentu do Nextrudera.

Zwiększona odporność mechaniczna

Struktura polimerowa Prusamentu TPU 95A (typu eterodiolowego) nieznacznie różni się od większości filamentów TPU (typu esterodiolowego). Ta różnica zapewnia pewne zalety zarówno pod względem odporności mechanicznej, jak i chemicznej. Prusament TPU 95A charakteryzuje się bardzo niską absorpcją wilgoci i wysoką odpornością na hydrolizę*. Jego wysoka elastyczność i udarność pozostają niezmienne nawet w niskich temperaturach (nawet do -50 °C). Ponadto materiał ten jest odporny na degradację mikrobiologiczną, charakteryzuje się dobrą odpornością termiczną (HDT 78,6 °C przy 1,80 MPa) oraz doskonałą odpornością chemiczną (głównie na oleje i smary).

*TPU typu eterowego (Prusament 95A) jest bardziej stabilny i nie ulega tak silnej degradacji pod wpływem pary wodnej lub gorącej wody jak typ estrowy.

Specyfikacja Prusamentu TPU 95A

Zalety
Miękki i giętki w cienkich warstwach, mocny i trwały w grubych warstwach
Wysoka niezawodność druku przy niewielkim lub zerowym nitkowaniu
Precyzyjna średnica
Dobra jakość mostów i zwisów (w porównaniu z innymi TPU)
Wysoka odporność na zużycie
Elastyczność i trwałość w temperaturach poniżej zera
Wysoka odporność na hydrolizę i degradację mikrobiologiczną
Bardzo niska absorpcja wilgoci
Wady
Przed drukowaniem może być konieczne wprowadzenie dodatkowych poprawek (w zależności od drukarki)
Drukowanie na gladkiej płycie wymaga zastosowania warstwy rozdzielającej
Suszenie może być konieczne przy przechowywaniu w warunkach wysokiej wilgotności
Duże wydruki mają tendencję do wypaczania

Kolor materiału, waga i cena

Na razie możesz dostać Prusament TPU 95A w jednym kolorze: naturalnym. Jest to ciepły biały/kremowy kolor przypominający Prusament PLA Vanilla White. Szykujemy więcej kolorów, więc wyczekuj kolejnych wieści. Na razie jedna szpula 500 g Prusamentu TPU 95A Natural kosztuje 179 PLN.

Prusa Pneu (LEGO compatible)

Zalecane ustawienia drukarki

Najbardziej niesamowite jest to, że do druku z Nextruderem nie musisz niczego przygotowywać. Nie musisz regulować docisku, suszyć ani odprawiać żadnych czarów. Jednak mimo udoskonalenia filamentu, mogą pojawić się drobne problemy, podobnie jak w przypadku PLA. Dlatego przygotowaliśmy artykuł w Bazie Wiedzy, który opisuje cały proces drukowania i rozwiązywania problemów z Prusamentem TPU 95A. Nie zapomnij przeczytać przed drukowaniem. Możesz również sprawdzić Tabelę Materiałów, gdzie znajdziesz najważniejsze informacje, jak np. dobór właściwej płyty stołu. W każdym razie, oto podstawowy przegląd:

Obsługiwane profile w PrusaSlicerze: Core One, XL, MK4S, MK4, Prusa Pro HT90

Temperatura dyszy: 220-240 °C

Temperatura stołu: 55-75 °C

Zalecane płyty stołu: satynowa oraz PA Nylon

Suszenie przed drukowaniem: nie jest konieczne (tylko w przypadku wystąpienia nitkowania lub zatykania dyszy)

Najlepsze zastosowanie

Na koniec kilka wskazówek dotyczących najlepszego zastosowania. Oczywiście główną zaletą są gumopodobne właściwości materiału. Ogólnie rzecz biorąc, z filamentów tego typu drukuje się miękkie i giętkie obiekty. Dlaczego nie? Po wydrukowaniu z niewielkim wypełnieniem modele mogą być bardzo miękkie (szczególnie przy wypełnieniu gyroidalnym). Należy jednak pamiętać o wyjątkowej właściwości materiałów z rodziny TPU, czyli wysokiej odporności na zużycie. Przy 100% wypełnieniu i grubych warstwach materiał staje się praktycznie niezniszczalny. Wysoka odporność mechaniczna może być bardzo przydatna w naprawdę wymagających zastosowaniach przemysłowych, na przykład do drukowania elementów dystansowych do ciężkich maszyn itp. Szczególnie fajną funkcją jest opcja przeplatania materiałów w PrusaSlicerze. Podczas drukowania na XL w wariancie multitool, przeplatanie materiałów zapewnia bardzo mocne połączenie między elastycznymi i sztywnymi częściami.

 

Paski i elementy giętkie Wytrzymałe uchwyty (Prusa Bow Grip)
Osłony ostrych krawędzi: wysoka odporność na zużycie TPU 95A doskonale nadaje się do zabezpieczenia nart, łyżew itp. Rampa kablowa od Michala Fanty: kolejny dobry przykład zastosowania wykazującego wysoką odporność mechaniczną
Niestandardowe opony do samochodów RC od Prusa3D oraz Anton’a Ochronne etui na telefony od Antony’ego oraz SHOT
Stoper drzwi od Steve Gruszka do przedmuchiwania (Prusa Air Blower)
Różne modele haptyczne i przyrządy do masażu: Pokrętła od Rorys3D, przyrządy do masażu od Anze oraz a69291954, fidget od Prusa Polymers Wytrzymałe części zamienne: Końcówki syfonu akwariowego od Fidelio

Czym jest TPU?

Chcesz dowiedzieć się więcej o specyfice tego materiału? Mamy dla Ciebie szczegółowe informacje! TPU, bazowy polimer naszego nowego Prusamentu, jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów elastycznych w druku 3D. Dodatkowo, cała ta rodzina należy do znacznie szerszej grupy elastycznych materiałów znanych jako TPE (termoplastyczne elastomery). Sam TPU jest kopolimerem blokowym, zawierającym zarówno segmenty twarde (poliuretanowe), jak i miękkie (na bazie poliolu). Oprócz elastyczności materiał ten znany jest również ze swojej odporności na uderzenia, ścieranie, oleje i smary. Ze względu na te właściwości jest stosowany do produkcji części w przemyśle motoryzacyjnym, elektronarzędziach, urządzeniach medycznych, obudowach urządzeń elektronicznych i ogólnie wszędzie tam, gdzie wymagana jest wysoka odporność na zużycie i uderzenia.

Schemat a) składników łańcucha polimerowego TPU oraz b) ich struktury fazowej. Źródło: Thermoplastic polyurethanes: synthesis, fabrication techniques, blends, composites, and applications – Scientific Figure on ResearchGate.

TPU charakteryzuje się dość łatwą drukowalnością, mniejszą absorpcją wilgoci i nie wypacza się tak bardzo, jak niektóre inne materiały TPE. Ponadto bardzo dobrze przylega do powierzchni PEI (szczerze mówiąc, aż za dobrze) – więcej informacji znajdziesz w naszym przewodniku po materiałach.

Chociaż większość hobbystów używa TPU ze względu na jego elastyczność, niektórzy zapominają, że ma on również wyjątkową odporność na zużycie. Po wydrukowaniu w grubych warstwach materiał staje się mniej elastyczny i praktycznie niezniszczalny. Można go używać do wielu rzeczy, które w innym przypadku uległyby nieodwracalnemu odkształceniu lub nawet złamaniu.

Twardość w skali Shore’a

Twardość w skali Shore’a jest wartością, której każdy producent filamentu używa do opisania jego twardości lub, jak w naszym przypadku, miękkości (95A).Jest to parametr mierzony za pomocą urządzenia zwanego durometrem Shore’a. Wskazuje miękkość (lub twardość) materiału poprzez pomiar głębokości zagłębienia powstałego w wyniku wciśnięcia z określoną siłą metalowego kołka w materiał.

Twardość Shore’a można mierzyć w kilku skalach, ale w tym przypadku używamy skali A. W tej skali wartości mieszczą się w zakresie od 0 do 100, gdzie jednymi z najbardziej miękkich materiałów są gumki recepturki (20A), a najtwardszymi np. kółka do deskorolek (90-100A).

Filamenty do druku 3D mieszczą się zazwyczaj w górnym zakresie skali Shore’a (głównie między 85 a 100), ponieważ dzięki temu są łatwiejsze do drukowania. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej miękki filament, tym łatwiej zaplącze się w radełka ekstrudera.

Skala twardości Shore’a. Źródło: Smooth-On

W skali ogólnej nasz TPU jest dość twardym materiałem, ale wśród filamentów elastycznych plasuje się gdzieś pośrodku. Prusament TPU 95A jest bardzo miękki i giętki w cienkich warstwach oraz bardzo twardy i wytrzymały w grubych warstwach (z gęstym wypełnieniem).

Właściwości mechaniczne

Na koniec chcielibyśmy wyjaśnić kilka podstawowych parametrów technicznych, które można znaleźć w karcie danych technicznych. Niektóre są bowiem niemożliwe do zmierzenia (np. odporność na uderzenie metodą Charpy’ego w temperaturze pokojowej), pewne metody badań różnią się od metod stosowanych w przypadku filamentów twardych, a wartości specyficznych dla materiałów elastycznych jest niewiele.

Udarność w teście Charpy’ego: nie dotyczy, ponieważ TPU nie przerywa się w temperaturze pokojowej.

Wytrzymałość na rozciąganie: stosuje się maksymalną wytrzymałość na rozciąganie i maksymalne wydłużenie zgodnie z normą ISO 37, dla materiałów gumowych.

Temperatura ugięcia cieplnego: nie zastosowano wartości 0,45 MPa, zamiast tego dodano punkt mięknięcia Vicata A (ISO 306).

Twardość Shore’a: zmierzona twardość wynosi około 93A, co wynika z modyfikacji chemicznej zastosowanej podczas procesu produkcji oraz z obecności pęcherzyków powietrza w obiektach testowych wytworzonych metodą przyrostową. Dla porównania zmierzyliśmy również twardość Shore’a D.

Odkształcenie trwałe po ściskaniu [%]: jest to wartość trudna do wyjaśnienia. Może się wydawać, że obiekt ulega odkształceniu o kilkadziesiąt procent. Ale jak to naprawdę działa? Obiekt testowy jest ściskany o 10% w określonych warunkach (czas i temperatura). Następnie jest pozostawiany w stanie spoczynku, a potem mierzona jest różnicę wymiarów. Tak więc, gdy w karcie danych podano 33,5% odkształcenia, nie może to być po prostu 33,5% całego obiektu testowego. Zamiast tego 33,5% oblicza się na podstawie 10% obiektu. Oto przykład: (hipotetyczny) obiekt testowy ma 10 mm i zostaje ściśnięty o 10% do 9 mm. Po rozluźnieniu wymiar obiektu wynosi 9,665 mm. 33,5% stanowi 0,335 mm w odniesieniu do 10% (1 mm). To takie proste. 😊

Fidget od Prusa Polymers

Pojawiło się tu sporo szczegółów technicznych – mam nadzieję, że okazały się przydatne! Łatwo powiedzieć: „I co z tego? To tylko kolejny TPU”, ale jak widać, nawet z czymś tak prostym jak TPU można zrobić wiele, aby uzyskać naprawdę niesamowity efekt. Jak podoba Ci się nasz nowy Prusament? Koniecznie daj nam znać w komentarzach.

Udanego drukowania!