Nylon to jeden z trudniejszych filamentów wykorzystywanych do druku w technologii FDM. Jego specyfika sprawia, że nie można drukować nim na amatorskiej drukarce bez uprzedniego dostosowania. Z drugiej strony nylon, pomimo pewnych trudności, które sprawia w druku, jest jednym z najlepiej znanych filamentów i co ważniejsze – dla wielu zastosowań jest wskazywany jako najlepszy.

Nylon w druku 3D – wady i zalety

Pod powszechnie znaną nazwą „nylon” kryje się tworzywo PA (poliamid). Wyróżnia się wiele rodzajów poliamidu – wśród tych, które mogą służyć za materiał na filament najpopularniejsze są PA12 i PA6.6. Często także mamy do czynienia z nylonem wzbogaconym o domieszki, tj. włókno węglowe, np. PA12+CF firmy Print-me. Poliamid jest bardzo popularny w druku w technologii SLS, gdzie ze względu na wysokie i stabilne temperatury procesu jest łatwiejszy w przetwarzaniu.

Poliamid to materiał o bardzo wysokich temperaturach przetwórstwa (okolice 250°C), znaczącym skurczu przetwórczym i higroskopijności, czyli skłonności do chłonięcia wilgoci. Te trzy cechy znacząco komplikują proces druku FDM z wykorzystaniem filamentów tego typu. Dodatkowo substancje, jakie wydziela nylon przy drukowaniu, mogą zostać uznane za szkodliwe. Z tego powodu nie powinno się przebywać zbyt długo w pomieszczeniu, w którym się nim drukuje, bez zapewnienia odpowiedniej wentylacji.

Nylon jednak posiada wiele przydatnych przy rozmaitych zastosowaniach właściwości mechanicznych. Należą do nich:

• bardzo dobra odporność chemiczna i termiczna,
• doskonała wytrzymałość mechaniczna (w tym zmęczeniowa i udarność),
• niski współczynnik tarcia.

Ta ostatnia cecha odpowiada za zmniejszone zużycie ścierne i opory ruchu, co sprawia, że często nylon poleca się do druku kół zębatych, przekładni czy łożyskowań. Cienkościenne elementy z poliamidu są dość elastyczne, mogą być wielokrotnie uginane w zakresie ich sprężystości, bez powstawania pęknięcia.

PA6.6 a PA12 – który rodzaj nylonu wybrać?

Aby dowiedzieć się więcej na temat wybranego rodzaju nylonu, warto przyjrzeć się jego nazwie. Różne adnotacje liczbowe przy skrócie PA określają rodzaj wykorzystanych do uzyskania tego poliamidu substancji chemicznych.

PA6.6 jest materiałem o większej wytrzymałości mechanicznej – szczególnie zmęczeniowej. Ma też niższy współczynnik tarcia, jest materiałem bardzo gładkim i połyskliwym.

PA12 jest filamentem prostszym w druku. Mniejszy skurcz przetwórczy i najmniejsza ze wszystkich poliamidów higroskopijność sprawiają, że PA12 jest bardzo dobrym wyborem na początek przygody z nylonem. Ma nieco gorsze właściwości mechaniczne niż PA6.6, ale za to większą odporność termiczną i chemiczną. Jego powierzchnia nie jest tak gładka i połyskliwa jak PA6.6.

Jest to też poliamid, z którego wykonane są nylonowe filamenty dostępne w naszym sklepie. Klasycznym wyborem będzie PA12 od producenta Noctuo, który polecany jest zarówno przez naszych klientów, jak i pracujących z nami drukarzy. Jeżeli szukacie filamentów, którymi można bezpiecznie drukować foremki czy naczynia na jedzenie (o których więcej mogliście przeczytać tutaj), to będzie to dobry wybór – nylon Noctuo jest dopuszczony do kontaktu z żywnością.

Jeżeli natomiast potrzebny wam filament, który wykorzysta oryginalne właściwości nylonu, jednocześnie je ulepszając, warto przyjrzeć się filamentowi od Fiberlogy, który został wzmocniony 15% dodatkiem włókien węglowych. Dzięki tej zmianie materiał jest dwukrotnie bardziej wytrzymały na rozciąganie i ponad dwukrotnie sztywniejszy w porównaniu do tradycyjnego PA12. W rezultacie pozwala to na uzyskanie wymaganych efektów przy mniejszej masie komponentu.

Wyróżnia się też nylon od Print-ME, który posiada najniższą higroskopijność z dostępnych na rynku poliamidów.

Właściwości poliamidów PA6.6 i PA12

Poniższe wartości mają charakter orientacyjny, ale odpowiadają danym podawanym w literaturze i przez producentów. Należy pamiętać, że tworzywa sztuczne są opisywane przez bardzo wiele parametrów. Poniżej widnieje jedynie ich ułamek.

Z powodu ubogiej liczby źródeł dotyczących właściwości mechanicznych PA 6.6 po przedrukowaniu podane przy nim wartości liczbowe odnoszą się do właściwości profilu wytwarzanego w sposób konwencjonalny, podczas gdy parametry dla PA12 podane zostały na podstawie publikacji dotyczących próbek wytworzonych w technologii FDM.

Zastosowanie – nylon a technologia FDM

Jak zostało wspomniane wcześniej, ze względu na swoją wytrzymałość mechaniczną i dobre właściwości ślizgowe nylon może być wykorzystywany do drukowanych przekładni, śrub, łożyskowań itp. Jego elastyczność może być także wykorzystywana w elementach pracujących w ugięciu czy w połączeniach wciskowych.

Oczywiście w aspekcie wytrzymałości mechanicznej elementy drukowane w technologii FDM nie zastąpią tych wytwarzanych konwencjonalnie, np. przez wtrysk czy skrawanie. Natomiast w przypadkach o nieco obniżonych (lecz wciąż wyższych niż dla filamentów takich jak PET-G czy ABS) wymaganiach wytrzymałościowych geometrie o większym skomplikowaniu czy też małe serie produkcyjne mogą być obszarem, w którym ich druk 3D będzie znakomitą alternatywą. Do wyboru druku 3D metodą FDM należy więc zawsze podejść z odpowiednim rozsądkiem.

Nylon wykorzystywany jest zatem do wytwarzania funkcjonalnych prototypów, elementów drobnych maszyn, tj. dronów, robotów, czy w motoryzacji (tu główną zaletą jest wytrzymałość termiczna i chemiczna nylonu). Nylon wykorzystuje się także w zastosowaniach medycznych – jeśli chodzi o druk FDM, jest to głównie protetyka.

Jak drukować w 3D za pomocą nylonu?

Przed podjęciem jakiejkolwiek pracy z nylonem, należy go bardzo dobrze wysuszyć. Wyjątkiem od tej reguły może być jedynie przechowywanie nylonu w warunkach o bardzo niskiej wilgotności, przez krótki czas. Suszenie filamentu możemy przeprowadzić w dedykowanym do tego sprzęcie, komorze drukarki 3D (niektóre maszyny posiadają specjalną oddzielną komorę do nagrzewania filamentu) lub w zaadaptowanym sprzęcie domowym – przykładem może być suszarka do grzybów czy piekarnik.

Należy jednak pamiętać, żeby nie wykorzystywać urządzenia, w którym suszymy szpulę z filamentem, ponownie do celów spożywczych – parujące z filamentu cząsteczki wody mogą zawierać pochodzące z materiału szkodliwe substancje. Pozostając w obiegu wykorzystywanego sprzętu, mogą się osadzać na przygotowywanej w nim później żywności.

Suszenie powinno trwać od czterech do ośmiu godzin, w temperaturach niższych od temperatur przetwórstwa filamentu (w innym wypadku po wyjęciu materiału z suszarki zobaczymy, że z żyłki zamienił się w monolit). Dla nylonu ta temperatura i tak może być dość wysoka – jeżeli mamy możliwość ją ustawić, dobrze aby jej wartość wynosiła 70-80°C.

Najważniejsze ustawienia podczas procesu druku nylonem

Temperatura dyszy

Powinna wynosić 240-280°C. Z powodu tak wysokich temperatur przetwórczych zdecydowanie zaleca się stosowanie hotendu typu full metal (więcej o typach hotendów przeczytacie tu).

Grzana komora

Zdecydowanie się ją poleca, ze względu na znaczny skurcz przetwórczy nylonu. Dodatkowo, ze względu na wzmożoną higroskopijność nylonu, sam filament podczas druku także powinien znajdować się w odizolowaniu od otoczenia, korzystne też będzie jego wstępne rozgrzanie – w miarę możliwości umieśćmy więc szpulę także w grzanej komorze lub specjalnie do tego przeznaczonej sekcji drukarki czy pojemniku – suszarce do filamentu z dołączonym wyprowadzeniem do drukarki

Temperatura stołu

Stół powinien być rozgrzany do temperatury 70-110°C.

Chłodzenie

Nylon powinno się drukować z całkowicie wyłączonym chłodzeniem.

Adhezja

Zagadnienie adhezji przy druku nylonem, szczególnie w przypadku PA6.6, należy do bardziej wymagających. Kluczowe jest wypoziomowanie stołu po rozgrzaniu całego układu (stołu, komory, podzespołów drukarki znajdujących się wewnątrz komory) oraz stosowanie profesjonalnych środków wspomagających adhezję, tj. Dimafix, kleje PVA.

Warto także stosować struktury pomocnicze, tj. brim czy raft.

Jak przechowywać nylon?

Ze względu na wzmożoną absorpcję wilgoci nylon powinno się przechowywać w szczelnych opakowaniach z dodatkiem pochłaniaczy wilgoci. Pamiętajmy, że pochłaniacze wilgoci mają ograniczoną pojemność wody, jaką mogą przyjąć i, w zależności od stosowanego preparatu, należy je wymieniać lub reaktywować poprzez wysuszenie.

Post-processing

Nylon jest materiałem łatwym w obróbce – wydruki można obrabiać skrawaniem i ściernie. Ponadto jego wysoka higroskopijność sprawia, że nylon łatwo podlega barwieniu. Dodatkowo, aby wygładzić powierzchnię i wypełnić nierówności wydruku, można wykorzystać tu żywicę epoksydową.

Co może pójść nie tak?

Nieciągłości w wydruku oraz towarzyszące im charakterystyczne dźwięki podczas ekstruzji materiału i mocne pofałdowanie powierzchni bocznych wydruku świadczą o nadmiernym zawilgoceniu filamentu. W takich przypadkach należy dokładnie wysuszyć szpulę z filamentem i zadbać o jego najkrótszą ekspozycję na zawilgocenie.

Podwijanie się materiału to ogromny problem, jaki pojawia się przy druku z użyciem nylonu. Rozwiązaniem jest zapewnienie możliwie jak najwyższej i stabilnej temperatury w komorze drukarki oraz stosowanie silnych preparatów adhezyjnych, np. Dimafix.

Brak spójności warstw wynikać może ze zbyt niskich temperatur przetwórstwa i nadmiernego skurczu materiału. Aby ułatwić spajanie warstw, poza podwyższeniem temperatury druku, można także obniżyć wysokość warstwy drukowanego modelu.

Znaczna niedokładność wymiarowa wywołana dużym skurczem przetwórczym, który objawia się nie tylko podwijaniem wydruku – może także wpłynąć np. na znaczną redukcję średnic drukowanych trzpieni, redukcję wymiarów gabarytowych, problemy z płaskością i równoległością powierzchni. Skalę tych zmian może zmniejszyć zapewnienie bardzo stabilnych temperatur w trakcie całego procesu druku nylonem, jednak nie da się ich zniwelować całkowicie. Skurcz przetwórczy należy zatem uwzględnić także w procesie projektowania, zapewniając odpowiednie kompensacje wymiarowe elementów współpracujących.

Mamy nadzieję, że powyższe informacje okażą się przydatne przy waszej najbliższej próbie drukowania z użyciem nylonu. Zapraszamy na naszą grupę na Facebooku, na której możecie porozmawiać z innymi miłośnikami druku 3D, a także rozwiać ewentualne wątpliwości. A może pierwsze kroki z tym materiałem macie już za sobą? W takim razie śmiało pochwalcie się efektami!

Źródła:

https://www.tworzywa.pl/wiedzopedia/baza-tworzyw/55,poliamid-6-6-pa-6-6,polimer.html

http://www.goodfellow.com/A/Polyamide-Nylon-6-6.html

https://www.theplasticshop.co.uk/plastic_technical_data_sheets/nylon_66_technical_data_sheet.pdf

http://utw10945.utweb.utexas.edu/sites/default/files/2015/2015-77-Knoop.pdf

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167577X16317979?casa_token=BtcDLJZJssYAAAhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0109564118301416?casa_token=4gbTMmaGtOoAAAAA:M7xO0Zx17KqmiBVpgTD_Vd6XZlCKaZK4Y56pdLd30DV24XP-4HiLVF1rAMgiErc2ft3lk0i000IAA:oN_CGNS08DFIA4yO0UXNA_RwcC6boBLov5tu4sOqRTXOwewfVn6Y19Te1Ln5L6Fc1HphkwUA1ZI

https://www.proquest.com/docview/2042209748/fulltextPDF/C742D83D90714E11PQ/1?accountid=27375

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/app.50162?casa_token=qaKi_bCcyjYAAAAA%3AEmt2FIGuaYhtCqJyE4kemfNljpHrw28BywAja1ytjjBrVaotG4wp1OyfUB4TOpIkmbfyML3ddLiSb6LH

https://scholar.afit.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1397&context=etd

Icon made by Freepik from www.flaticon.com