Či už o nákupe 3D tlačiarne uvažujete, máte ju doma krátko, alebo patríte medzi skúsených používateľov, prehľad filamentov (tlačových materiálov) sa môže hodiť každému. A práve preto sme pre vás pripravili tento článok, v ktorom sa pozrieme na ich základné druhy aj dôležité atribúty a upozorníme na možné riziká spojené s ich používaním.

Čo sú to filamenty?

Filament znamená v angličtine vlákno (synonymom je napr. tiež fiber) a v kontexte 3D tlače ide o materiál, ktorý tlačiareň využíva na realizáciu výrobkov. Vlákna sa predávajú vo forme struny navinutej na cievke. Ide prevažne o rôzne druhy čistého plastu, existujú ale aj plastové vlákna s prímesou, a dokonca aj také, ktoré majú základ v úplne inom materiáli. S výberom optimálneho filamentu vám pomôžu nasledujúce kapitoly.

Filament je vlákno používané pri 3D tlači ako zdroj materiálu.

Aké vlastnosti a parametre v prípade filamentov rozlišujeme?

Pri výbere filamentu sa riadime určitými vlastnosťami a parametrami, ktoré by mali zodpovedať nielen schopnostiam nami vlastnenej tlačiarne, ale aj tomu, čo budeme tlačiť. Správnym výberom môžeme predísť problémom s kompatibilitou, komplikáciám pri tlači aj nedokonalostiam finálneho výrobku. Medzi parametre a vlastnosti, ktoré by mal riešiť každý domáci tlačiar a ktoré môžete vo filtrovaní produktov na Alza.sk nastaviť, patria nasledujúce:

• Priemer filamentu: filamenty (struny) sa predávajú s niekoľkými hodnotami priemeru. Najčastejšie priemery strún sú 1,75 mm a 2,85 mm (tiež označovaný ako 3 mm). Pred kúpou filamentu sa vždy uistite, aký priemer vaša tlačiareň vyžaduje.
• Materiál: rôzne materiály majú rôzne vlastnosti, ktoré sú pre kvalitu tlače kľúčové. Na konkrétne materiály sa zameriame nižšie v článku.
• Maximálna teplota trysky: materiály pre 3D tlač sa topia pri rôznych teplotách. Teplota trysky musí zodpovedať nielen požiadavkám konkrétneho materiálu, ale aj rýchlosti tlače. Pomalšia (kvalitnejšia) tlač vyžaduje nižšiu teplotu trysky (pomalšie topenie), rýchlejšia tlač naopak vyžaduje rýchlejšie topenie, a teda aj vyššiu teplotu trysky. „Maximálna teplota trysky“ udáva maximálnu hodnotu v °C, na ktorú je materiál dimenzovaný.

Aby bola tlač bezproblémová, je potrebné poznať aspoň základné charakteristiky používaného filamentu.

• Teplota podložky: predpokladom optimálneho priebehu 3D tlače je nahrievanie podložky, aj keď nie všetky tlačiarne ho umožňujú. Aby materiál držal dobre pohromade a nedeformoval sa nechceným chladnutím, mala by mať podložka určitú teplotu. Akú? To vám prezradí práve tento parameter.
• Pružnosť: miera pružnosti definuje poddajnosť vytlačeného materiálu. Kým výrobok z málo pružného materiálu pri namáhaní praskne, ten s vyššou pružnosťou sa ohne.
• Teplotná odolnosť: tento parameter udáva, akým teplotám materiál odolá, potom čo je vytlačený.

Ďalšie vlastnosti filamentov, alebo na čo si dať pozor

Okrem základných parametrov majú filamenty aj ďalšie vlastnosti, ktoré možno však len ťažko vyjadriť pevnými hodnotami. Napriek tomu môže byť ich prítomnosť vzhľadom na konečné využitie výrobkov zásadná. Zoznam tých najdôležitejších:

Rôzne vlákna sa tlačia rôznymi spôsobmi. Zlý postup môže vyústiť vo veľmi neuspokojivý výsledok.

• Zápach: niektoré materiály môžu byť pri tlači nepríjemne cítiť.
• Toxicita výparov: výpary z tlače niekedy mávajú neblahé účinky na ľudské zdravie, pri používaní určitých materiálov je preto vhodné miestnosť dostatočne odvetrávať a v blízkosti tlačiarne sa dlho nezdržiavať. V opačnom prípade by sa mohli dostaviť rôzne nevoľnosti.
• Ekologická odbúrateľnosť: určité filamenty sú ekologicky odbúrateľné čiže kompostovateľné.
• Recyklovateľnosť: ďalším spôsobom, ako tlačiť ekologicky, je používať materiály, ktoré je možné recyklovať, alebo tie, ktoré už recyklované boli.
• Kontakt s jedlom: nie všetky materiály je vhodné nechávať v kontakte s jedlom, niektoré môžu jedlo kontaminovať toxickými látkami, iné nežiadúcimi baktériami.
• Nutnosť vyhrievanej podložky: vyhrievanie podložky bolo spomenuté už vyššie. Určité materiály vyžadujú, aby bola podložka 3D tlačiarne vyhrievaná. Vďaka tomu správne drží, nedochádza k nekontrolovanému rozpínaniu, sťahovaniu ani k iným deformáciám.

Prehľad filamentov: Aký materiál pre 3D tlač vybrať?

Vyššie sme si stručne vysvetlili úplné základy tlačových filamentov. Nižšie prejdeme na samotný opis najobľúbenejších materiálov. Tie by ste mali vybrať až vtedy, keď budete mať aspoň približne jasno, čo chcete na 3D tlačiarni vyrábať. Niektoré materiály majú univerzálne využitie, iné sú naopak vhodné pre obmedzenejšie množstvo aplikácií.

Filamentov máme celý rad.

PLA filamenty

Ak hľadáte filament, ktorý je univerzálny a v komunite 3D tlači obľúbený, je PLA to, čo nájdete. Polylaktid alebo kyselina polymliečna je typ plastu, ktorý sa nevyrába z ropy, ale z rastlinných zdrojov sacharidov (napr. kukuričný škrob). Ide teda o bioplast. PLA je vďaka tomu materiál ekologicky odbúrateľný, pri tlači neprodukuje zápach ani toxické výpary a jeho kontakt s jedlom je považovaný za bezpečný. Táto vlastnosť ale nemusí byť zaručená pri všetkých konkrétnych filamentoch, je preto potrebné skontrolovať informácie od výrobcu.

Najpoužívanejším filamentom je PLA. S týmto materiálom možno vytvoriť rôzne predmety, či už funkčné, alebo dekoratívne.

Z hľadiska samotnej tlače je PLA používateľsky prívetivý materiál a práca s ním je pomerne jednoduchá. Taví sa ľahko (už pri cca 180 °C), a pretože sa pri tlači nijako výrazne nerozpína ani nesťahuje, nutne nevyžaduje ani vyhrievanú podložku. Hoci je PLA všestranný materiál, ktorý sa hodí na väčšinu aplikácií, nie je príliš flexibilný, z čoho plynie jeho krehkosť. Nie je teda vhodný na využitie v miestach, kde by mohlo dochádzať k ohýbaniu alebo súvisiacim deformáciám. Na pamäti treba mať aj nízku teplotnú odolnosť – na výrobkoch sa môže prejaviť deformácia už pri 60 °C.

PETG filamenty

Ďalšie z radu populárnych filamentov sú PETG, glykolom obohatený variant klasického PET, ktorý pozná každý napríklad z nápojových fliaš. Ide o materiál, ktorý sa stále relatívne ľahko tlačí, je ale odolný, pevný, a dokonca aj do istej miery flexibilný. Vydrží aj aplikácie, kde bude namáhaný v ohybe či krútení alebo bude vystavený prudkým nárazom (napríklad ako kryt na telefón). Odporúčaná teplota tlače začína na 220 °C.

Vo svete 3D tlače existujú aj materiály označované za „exotické“. Tie môžu vodiť elektrický prúd, žiariť v tme alebo veľmi verne imitovať drevo. Zvyčajne ide o jeden z tradičných materiálov doplnený o špeciálnu prímes.

Je tiež odolný voči teplotám až do 80 °C, pri tlači ale vyžaduje vyhrievanú podložku. Z hľadiska kontaktu s jedlom je situácia podobná ako pri PLA – najlepšie je skontrolovať informácie od výrobcu konkrétneho filamentu. PETG filamenty zásadne skladujeme v suchu, pretože ľahko pohlcujú vzdušnú vlhkosť.

ABS

ABS je materiál známy svojou fyzickou aj teplotnou odolnosťou. Výrobky z neho sú schopné odolať zahrievaniu až na 100 °C, značnému namáhaniu aj silným nárazom. Cenou za túto odolnosť je náročnejšia tlač. Teplota tlačeného materiálu musí dosahovať minimálne 210 °C a vyhrievaná podložka je nutnosťou (aspoň 80 °C), ABS má totiž pri nekontrolovanom chladnutí tendencie k deformácii. Zároveň ide o materiál, ktorého kontakt s jedlom je považovaný za nebezpečný. Vyrába sa z ropy, a nie je teda ekologicky odbúrateľný.

Z ABS sa vyrába aj LEGO, najslávnejšia stavebnica sveta.

TPE

TPE filamenty sú to, čo potrebujete pri tlačení flexibilných a elastických výrobkov. Sú veľmi odolné a pružné – zo všetkých štandardných tlačových materiálov odolajú najväčšiemu ohýbaniu, krúteniu aj ďalším deformáciám. Tlač z bežných TPE filamentov síce patrí k náročnejším, nevyžaduje však vyhrievanú podložku. Tieto materiály nie sú považované za vhodné pre kontakt s jedlom, na druhej strane sú recyklovateľné a mali by byť aj ekologicky odbúrateľné.

Pretože je TPE materiál elastický a pružný, často figuruje v úsilí o vytlačenie nositeľných topánok.

Často sa možno stretnúť s použitím TPE ako filamentu pri tlači topánok, hodí sa však aj na ďalšie aplikácie, kde sú jeho vlastnosti potrebné – napríklad najrôznejšie tesnenia. Je možné sa stretnúť aj s označením TPE32 a TPE88, ktoré udáva mieru flexibility. Kým nižšie číslo (TPE32) označuje tvrdší materiál, TPE88 je materiál mäkší.

Nylon

Vysoká pevnosť, odolnosť a v tenkej vrstve aj pružnosť sú vlastnosti, ktoré definujú nylon ako filament pre 3D tlač. Vydrží namáhanie všetkého druhu, jeho tlač ale nie je vyložene jednoduchá a optimálna teplota extrudera sa pohybuje okolo 250 °C. Tlač nylonu tiež vyžaduje vyhrievanú podložku. Okrem pevnosti patrí medzi výhody nylonu aj schopnosť absorbovať najrôznejšie farbivá, a to ako pred, tak po tlači. Nevýhodou je naopak hygroskopicita, teda pohlcovanie vzdušnej vlhkosti, nylon preto treba skladovať v suchu.

Vďaka svojej tvrdosti, pevnosti aj miernej pružnosti je nylon perfektným materiálom na výrobu funkčných súčiastok.

PC (Polykarbonát)

Podobne ako nylon, patrí medzi veľmi pevné materiály aj PC čiže polykarbonát. Je dokonca jedným z najpevnejších bežne dostupných filamentov. Medzi jeho prednosti zaraďujeme vysokú odolnosť voči triešteniu, lámaniu aj ďalším snahám o poškodenie. Zároveň ide o materiál, ktorý odoláva zahrievaniu presahujúcemu 100 °C. Tlač prebieha za veľmi vysokých teplôt (aj viac ako 300 °C) a tiež rozohriatie podložky by malo byť značné (okolo 100 °C). Jednou z vlastností polykarbonátu je aj transparentnosť.

Pretože je PC silný materiál, nájdeme jeho využitie aj v tak extrémnych aplikáciách, ako sú nepriestrelné sklá. Pri 3D tlači ho môžeme v domácich podmienkach použiť napríklad na výrobu výrazne namáhaných mechanických súčiastok či rôznych ochranných puzdier. Polykarbonát je ekologicky odbúrateľný aj ľahko recyklovateľný, neodporúča sa však kontakt s jedlom.

Filamentov na 3D tlač existuje nepreberné množstvo, vyššie sme vám ponúkli úplne základný prehľad tých najbežnejšie používaných. Pri výbere je najdôležitejšie aspoň tušiť, na čo budeme filament využívať.