So sánh tính chất của vật liệu in 3D FDM

Việc so sánh tính chất vật lý của vật liệu in 3d sẽ giúp bạn hiểu được vai trò và ứng dụng của chúng sau khi in, từ đó chọn được vật liệu in thông dụng.

Lưu ý là những máy in 3D giá rẻ, tự ráp thường chỉ in được vật liệu PLA và ABS, nhưng đa phần cũng là PLA do vật liệu ABS và các vật liệu khác cần các điều kiện tối ưu hơn để in, nếu không thì dù in được thì chất lượng in rất tệ.

Giới thiệu

Việc chọn đúng loại vật liệu để in một đối tượng nhất định ngày càng trở nên khó khăn, vì thị trường In 3D thường cập nhật thêm các vật liệu hoàn toàn mới. Trong FDM 3D Printing , PLA và ABS  là hai polyme chính được sử dụng, nhưng sự thống trị ban đầu của chúng chủ yếu là tình cờ, do đó, không nên có bất kỳ rào cản lớn nào cho các polyme khác đóng vai trò chính trong tương lai của FDM.

Bây giờ chúng ta đang thấy các sản phẩm mới trở nên phổ biến hơn, cả polyme nguyên chất và vật liệu tổng hợp. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào các polyme nguyên chất chính tồn tại trên thị trường hiện nay: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (dẻo) và PC. Chúng tôi tổng hợp các khác biệt chính giữa các thuộc tính của chúng trong danh sách đánh giá nhanh để người dùng có thể đưa ra quyết định về loại polymer tốt nhất để sử dụng cho ứng dụng của riêng mình.

Phương pháp luận

Vật liệu thường được phân loại theo 3 loại: ứng suất cơ học, chất lượng hình ảnh và quá trình xử lý. Trong trường hợp này, chúng tôi tiếp tục chia nhỏ các danh mục này để vẽ một bức tranh rõ ràng hơn về các thuộc tính của polyme. Sự lựa chọn vật liệu thực sự phụ thuộc vào những gì người dùng muốn in, vì vậy chúng tôi đã liệt kê các tiêu chí quyết định chính cần thiết để chọn một vật liệu (ngoài chi phí và tốc độ):

Một biểu đồ mạng nhện hiển thị các thuộc tính vật liệu sẽ được so sánh
  • Dễ in ( Easy of printing): Dễ dàng in một vật liệu: độ bám dính trên bàn, tốc độ in tối đa, tần suất in thất bại, độ chính xác của dòng nhựa, dễ dàng đưa vào máy in, v.v.
  • Chất lượng hình ảnh  ( Visual Quality): Làm thế nào tốt đối tượng hoàn thành trông thật mịn. 
  • Ứng suất tối đa (Max stress) : Ứng suất tối đa mà đối tượng có thể trải qua trước khi phá vỡ .
  • Độ giãn dài khi đứt ( Elongation at Break): Chiều dài tối đa của vật thể đã được kéo dài trước khi phá vỡ.
  • Chống va đập ( Impact Resistance) : Năng lượng cần thiết để phá vỡ một vật thể với một tác động bất ngờ.
  • Độ bám dính của lớp (đẳng hướng) ( Layer Adhesion): Độ bám dính giữa các lớp vật liệu tốt như thế nào. Nó được liên kết với nhóm đẳng hướng ((tính đồng nhất theo mọi hướng): độ bám dính của lớp càng tốt, đối tượng sẽ càng đẳng hướng.
  • Chịu nhiệt ( heat resistance): Nhiệt độ tối đa đối tượng có thể duy trì trước khi làm mềm và biến dạng.

 

Các kết quả

Mỗi vật liệu đã được xếp hạng theo các tiêu chí sau theo thang điểm 1 (thấp) đến 5 (cao). Đây là các mức tương đối cho quy trình FDM – chúng sẽ trông khá khác nhau nếu các công nghệ sản xuất khác được tính đến. Sử dụng dữ liệu từ Optimatter , các polyme đã được xếp hạng theo các tiêu chí khác nhau được xem xét:

Kết quả nghiên cứu cho tất cả sáu polyme được hiển thị trong một biểu đồ.

PLA

PLA là polymer dễ in nhất và cung cấp chất lượng hình ảnh tốt. Nó rất cứng và thực sự khá bền, nhưng rất giòn.

Hồ sơ tài liệu của PLA
Ưu Nhược điểm
nguồn, phân hủy sinh học Chống ẩm thấp
Không mùi Không thể dán dễ dàng
Có thể được xử lý sau bằng giấy nhám và sơn bằng acrylics
Chống tia cực tím tốt

ABS

ABS thường được chọn trên PLA khi cần độ bền nhiệt độ cao hơn và độ bền cao hơn.

Hồ sơ vật liệu của ABS
Ưu Nhược điểm
Có thể được xử lý sau với hơi acetone cho một kết thúc bóng Nhạy cảm với tia cực tím
Có thể được xử lý sau bằng giấy nhám và sơn bằng acrylics Mùi khi in
Acetone cũng có thể được sử dụng như keo mạnh Phát thải khói cao
Chống mài mòn tốt

Nhựa PET

PET là một loại polymer mềm hơn một chút, được làm tròn tốt và sở hữu các thuộc tính bổ sung thú vị với một vài nhược điểm lớn.

Ưu Nhược điểm
Có thể tiếp xúc với thực phẩm Nặng hơn PLA và ABS
Chống ẩm cao
Kháng hóa chất cao
Tái chếđược
Chịu  mài mòn tốt
Có thể được xử lý sau bằng giấy nhám và sơn bằng acrylics

Nylon

Nylon sở hữu các tính chất cơ học tuyệt vời, và đặc biệt, khả năng chống va đập tốt nhất trong các nhựa cứng . Tuy nhiên, Lớp bám dính đầu tiên hơi khó.

Ưu Nhược điểm
Kháng hóa chất tốt Hấp thụ độ ẩm
Cường độ cao Phát thải khói cao

TPU

TPU chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng cần tính đàn hồi, dẻo, nhưng khả năng chống va đập rất cao của nó có thể giúp mở rộng các ứng dụng khác.

Ưu Nhược điểm
Chống mài mòn tốt Khó xử lý
Kháng dầu mỡ tốt Không thể dán dễ dàng

Nhựa PC

PC là vật liệu mạnh nhất trong tất cả, và có thể là một sự thay thế thú vị cho ABS vì các tính chất khá giống nhau.

Hồ sơ tài liệu của PC
Ưu Nhược điểm
Có thể tiệt trùng Nhạy cảm với tia cực tím
Dễ dàng để xử lý sau (chà nhám)

Phần kết luận

Chọn đúng polymer là rất quan trọng để có được các thuộc tính phù hợp cho phần được in 3D, đặc biệt nếu phần đó có chức năng sử dụng. Bài viết này sẽ giúp người dùng tìm đúng tài liệu tùy thuộc vào các thuộc tính họ cần. Tuy nhiên, các nhà cung cấp vật liệu cũng thường cung cấp hỗn hợp hoặc thêm chất phụ gia để sửa đổi các tính chất của polymer nguyên chất (ví dụ: thêm sợi carbon để làm cho vật liệu cứng hơn). Chúng tôi không đề cập đến các công thức phức tạp hơn trong bài viết này, nhưng bạn có thể tìm thấy dữ liệu về một số sản phẩm này trong công cụ tối ưu hóa của chúng tôi tại OptiMatter .

Lưu ý

  • Các điểm được đưa ra trong bài viết này là dành cho một loại polymer trung bình đại diện cho hóa học nói chung, nhưng hiệu suất sẽ thay đổi tùy thuộc vào sản phẩm thực tế hoặc nhà cung cấp mà người dùng mua từ đó.
  • Tất cả dữ liệu nằm dưới điểm số của chúng tôi trong nghiên cứu này được đo bằng 3D Matter, ngoại trừ Khả năng chịu nhiệt, chúng tôi đã sử dụng nhiệt độ thủy tinh được cung cấp bởi nhiều nhà cung cấp dây tóc.
  • Đối với các phần được gọi là các cân nhắc bổ sung, chúng tôi đang sử dụng kết hợp các đánh giá của bên thứ ba và các quan sát riêng của chúng tôi.
  • Loại nylon mà chúng ta thảo luận trong bài viết này là Nylon 6, không phải là nylon 11 hay 12.
  • Chất lượng hình ảnh được kiểm tra mà không có bất kỳ xử lý hậu kỳ quan trọng. Có nhiều cách để làm mịn bản in và cải thiện chất lượng hình ảnh của một loại polymer nhất định (ví dụ: sử dụng hơi acetone trên ABS).
  • Độc tính của polyme in 3D vẫn chưa được hiểu rõ và là một yếu tố có thể đóng vai trò lớn hơn trong tương lai. Chúng tôi đang dựa trên những nhận xét về độc tính trong một nghiên cứu của Azimi et al. [1]

[1] Azimi et al, Phát thải các hạt siêu mịn và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ các máy in ba chiều trên máy tính để bàn có bán trên thị trường với nhiều sợi, Khoa học & Công nghệ môi trường, 2016

 

 

 

admin

In3d

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *