Jak vybrat materiál pro 3D tisk

Výběr materiálu pro 3D tisk se odvíjí od účelu tisknutého výrobku a jeho vlastností pro tisk. U uměleckých výrobků nám půjde o estetiku, u technických součástek o přesnost a mechanickou odolnost, u dalších zase o pružnost. Jak vybrat správný materiál pro 3D tisk?

3D filament je velice tenkou strunou navinutou na cívku. | Foto: Marina1408 | Zdroj: Depositphotos.com

​​Zatímco v článku Začínáme s 3D tiskem jsme se bavili obecně o tom, jak s 3D tiskem začít a z jakých kroků sestává, zde dáme prostor popisu jednotlivých druhů filamentů do FDM/FFF tiskáren a jejich vlastnostem.

Co je filament?

Jak funguje 3D tiskárna jsme si vysvětlili v jiném článku, ale připomeňme si základní princip, na kterém objasníme slovo filament. Pro anglické slovo filament se v češtině občas používá slovo struna, respektive 3D struna (alespoň v kontextu 3D tisku). Jde o velice tenkou strunu navinutou na cívku. Tisková tryska (extruder) si ji odvíjí podle potřeby, taví ji a postupným vytvářením vrstev z ní realizuje tisk výrobku.

Jak uvidíte níže, filamenty mohou mít mnoho vlastností, jež mají zásadní vliv na způsob tisku i podobu a vlastnosti vytištěných objektů. Těmto vlastnostem se podřizuje nastavení tisku. Výběr správného filamentu není snadný. V dnešní době je řada 3D materiálů velice rozsáhlá a umožňuje tisk velice zajímavých a sofistikovaných objektů.

Z čeho jsou filamenty?

Většina filamentů jsou různé druhy termoplastů, které jsou při vysoké teplotě tvárné a chladnutím tuhnou. Mohou mít různé barvy a příměsi ovlivňující jejich vlastnosti. Může jít o retardéry hoření, keramické a kovové prášky nebo skleněná, dřevěná a karbonová vlákna. Mají různou odolnost vůči teplotě a s tím i různou teplotu tavení. Některé mohou při tisku vylučovat toxické výpary, jiné jsou zase zcela biologicky odbouratelné.

Je nutno říct, že každý výrobce má jinou recepturu, takže např. materiál ABS bude mít od různých výrobců jiný poměr složení a jiná aditiva. Tím vznikají odlišnosti ve vlastnostech materiálu, např. v teplotě tavení. Výrobci sice naštěstí uvádí instrukce k tisku, ale aby to nebylo jednoduché, nastavení tiskového profilu ovlivňuje i druh vaší tiskárny, takže musíte do rovnice započítat i toto. 3D tisk je nakonec hodně o experimentování a učení se.

Značkové vs. kompatibilní cartridge

Negativní vlastnosti látek jsou většinou stejně tak podstatné jako pozitivní. Doporučujeme předem zjistit, jestli tiskárna podporuje i neoriginální kompatibilní cartridge, nebo pouze značkové od výrobce. Cena mezi nimi se může lišit i trojnásobně. Materiály také mívají určitou dobu trvanlivosti, takže je rozumné je nakupovat pouze v množství, které víte, že zavčas spotřebujete. Velice podstatné je vědět, které materiály tiskárna podporuje

Tip: Pokud jste právě v procesu výběru tiskárny, máme pro vás sepsaný návod, jak vybrat 3D tiskárnu

Vlastnosti filamentů do 3D tiskárny

Jakými vlastnostmi se tedy liší jednotlivé 3D struny?

Složení filamentu

Filamenty mohou být z jednoho, nebo více více druhů plastů. Mohou obsahovat složky v podobě kovových, dřevěných, karbonových a jiných částic. a tím je obohatit o zajímavé fyzikální a estetické vlastnosti: vyšší ohebnost, odolnost, lesk, antistatické vlastnosti, fluorescence, a jiné. Stejně tak mohou vylepšit jejich tiskové vlastnosti. Naprostá většina filamentů obsahuje minimálně složku barevných aditiv.

Naprostá většina filamentů obsahuje složku barevných aditiv. | Foto: Osman Talha Dikyar | Zdroj: Unsplash.com

Čistota směsi

Čistota filamentu znamená absenci nežádoucích příměsí. To je podstatné především u recyklovaných materiálů.

Průměr struny

Standardní průměr pro tisk malých objektů je 1,75 mm a velkých objektů je to 2,85 mm. Podívejte se, jaký průměr požaduje vaše tiskárna.

Teplota tisku

Každý materiál má svou teplotu tavení, od které je odvozená optimální teplota, kterou nastavujeme při tisku. Tento údaj se dozvíme vždy od výrobce. Nesmíme se spoléhat na to, že všechny filamenty např. typu PLA se tisknou při té stejné teplotě, protože u jiného výrobce se může teplota lišit.

Maximální teplota trysky

Maximální teplota trysky je maximální teplota, kterou materiál při tisku snese.

Teplota podložky

Na ideální průběh tisku má vliv i tzv. nahřívací podložka, ke které se materiál dobře přichytí a nedeformuje se předčasným chladnutím. Její teplota se musí také nastavit. Před každým použitím je nutné ji vyčistit a odmastit (např. 100% alkoholem). Některé materiály vyžadují nahřívací podložku jako nutnost a některé kromě vyčištění a odmaštění vyžadují i úpravu povrchu nejčastěji pomocí tubičkového lepidla nebo spreje 3DLAC, který se stará o správné přichycení materiálu k podložce.

Před každým použitím je nutné podložku pro tisk vyčistit a odmastit. | Foto: Inés Álvarez Fdez | Zdroj: Unsplash.com

Snadnost tisku

Ne vždy objekt vyjde tak, jak jsme si představovali. Množství faktorů, které vstupují do tiskového procesu, může způsobit odchylky a vady. Proto některé materiály vyžadují zkušenosti a experimentování, jiné ne.

Zdravotní závadnost

Při tavení některých látek mohou vznikat toxické výpary. Při kontaktu některých materiálů s jídlem může dojít k jeho kontaminaci. Toto by měl vždy uvést výrobce filamentu a vy byste to měli vzít v potaz při volbě materiálu a jeho užití.

Biologická odbouratelnost

Tiskne se i s materiály, které jsou stoprocentně přírodní, nebo stoprocentně recyklovatelné. Stejně tak se tiskne z recyklovaných materiálů.

Vlastnosti strun předurčují i podobu a vlastnosti vytištěného objektu:

  • tvrdost a pružnost (rozdíl mezi tím, zda výrobek při namáhání praskne, nebo se ohne)
  • pevnost v tahu
  • mechanická odolnost proti poškození
  • teplotní odolnost (proti vysokým nebo nízkým teplotám)
  • barevnost
  • průhlednost
  • lesk či mat
  • vodivé a izolační vlastnosti
  • svítivost ve tmě.

Základní typy 3D filamentů

ABS

Akrylonitrilbutadienstyren je široce používaný, houževnatý materiál s vysokou pevností v tahu. Je vysoce mechanicky, tepelně i chemicky odolný, ale přesto snadno opracovatelný  materiál. Nesmí se dlouhodobě vystavovat slunečnímu záření a vlhkosti. I přes to všechno se s příchodem nových, vylepšených materiálů od ABS postupně upouští. Hlavní důvod je zřejmě fakt, že se jedná o ropný produkt, který při tavení vypouští do okolí škodlivé toxiny. Jeho nevýhodou je také to, že se vytisknutý objekt musí pomalu ochlazovat, jinak dojde k deformacím a rozpraskání. Posledním ze záporů je  i vysoká cena ABS. 

Použití: pro běžné věci a nástroje.
Teplota tisku: 220 – 240 ºC
Teplota podložky: 100 – 130 ºC

ASA

ASA byl vyvinut jako alternativa k ABS se stejnými silnými stránkami, ale bez problémů s UV zářením a vlhkostí. Je to velice kvalitní konstrukční materiál, snadno se s ním tiskne. Obzvlášť dobře zvládá detaily a malé objekty.

Použití: všestranné, vyniká v malých objektech a detailech
Teplota tisku: 250 – 255 ºC
Teplota podložky: 60 – 100  ºC

PLA

Společně s ABS patří k nejvyužívanějším materiálům. Vlastnostmi představuje tak trochu jeho opak: je mechanicky i tepelně neodolný, snadno se poškodí. Práce s ním je jednoduchá. Polyaktid neboli kyselina polymléčná se vyrábí z rostlinných sacharidů, takže je ekologicky odbouratelný a nevylučuje škodliviny. Používá se všestranně, ale postrádá flexibilitu a není odolný vůči většímu mechanickém namáhání. Má vysokou rozměrovou stálost, takže se hodí na tisk velkých objektů, ale zato sníženou teplotní odolnost, už při 60 °C se může deformovat. Občas zanáší trysky a po výtisku je těžké odstranit podpory. Je cenově dostupný.

Přidáním příměsí do PLA se získává celá řada dalších materiálů. V případě bronzu je to BRONZEFILL, bambusu BAMBOOFILL nebo mědi BRASSFILL.

Použití: univerzální, tisk velkých objektů
Teplota tisku: 180 °C
Teplota podložky: nevyžaduje vyhřívanou podložku

Díky vysoké rozměrové stálosti se hodí PLA i na tisk velkých objektů. | Foto: Osman Talha Dikyar | Zdroj: Unsplash.com

PETG a PCTG

Mechanická i teplotní odolnost, houževnatost a nízké riziko deformace činí z PETG jeden z nejužívanějších materiálů. Využívá se hlavně pro tisk prototypů do výroby a vydrží mechanické nárazy a kroucení. Odrazit vás může jen složitější nastavení tiskárny. Z recyklovaného PETG se vyrábějí PET lahve, v tomto směru ho tedy lze ekologicky využít. Filamenty nasávají vzdušnou vlhkost, je tedy nutné je skladovat v suchu. Nemůžeme nezmínit průsvitnou variantu PCTG s ještě vyšší teplotní odolností. Nevyžaduje vyhřívanou podložku, tiskne se s ním snadno a drží tvar.

Použití: univerzální, velké objekty, mechanické součásti
Teplota tisku: 220-250 °C
Teplota podložky: minimálně 75 °C

TPE

Ze všech uvedených materiálů odolá TPE největšímu ohybu a kroucení, takže se nejvíce hodí na elastické výrobky (nejčastěji se s ním setkáme při tisku bot). Tisk však není snadný a vyžaduje vyhřívanou podložku. Můžeme se setkat i s číselným rozšířením názvu, např. TPE32 nebo TPE 88. Platí, že čím nižší číslo, tím tvrdší (méně flexibilní) materiál je. Jedná se o recyklovatelný a ekologicky odbouratelný materiál.

Použití: jakékoliv flexibilní výrobky, např. těsnění a boty
Teplota tisku: 245-255 °C
Teplota podložky: mezi 20 a 40 °C

CPE

Vylepšený PETG s názvem CPE s výbornou tvrdostí, vysokou pevností v tahu a mechanickou a chemickou odolností dokáže dobře nahradit ABS, aniž by při tavení docházelo k úniku toxických par. Poskytuje kvalitní a snadný tisk. Tenkostěnné modely jsou průsvitné. Skvěle přilne k jiným materiálům.

Použití: technické díly, prototypy
Teplota tisku: 255 - 275 °C
Teplota podložky: 70 - 80 °C  

PA (nylon)

Velice silný, tvárný, tepelně odolný a pružný materiál, který vydrží namáhání všeho druhu. Musí se skladovat v suchu, jinak pohltí vlhkost ze vzduchu a v tisku se vytvoří bublinky. Suché nylonové vlákno vytvoří lesklé a hladké výrobky. Stejně tak ale dokáže nasávat barviva, lze tudíž tuto vlastnost použít i k prospěchu (před i po tisku). Nevýhodou je vyšší náročnost tisku a vyšší cena.

Použití: tisk funkčních a technických dílů
Teplota tisku: 190-350 °C
Teplota podložky: 100 – 130 ºC

Pro tvorbu ortéz se hodí např. polyamid PA 12, který vyniká kromě vysoké tvrdosti a pevnosti v tahu i voděodolností. | Foto: Tom Claes | Zdroj: Unsplash.com

PC (polykarbonát)

Další velice pevný a mechanicky i teplotně odolný filament je z polykarbonátu. Dokonce je tak pevný a rezistentní proti nárazu, že ho najdeme i v neprůstřelných sklech. Je ekologicky odbouratelný a jednoduše recyklovatelný. Má vynikající elektroizolační a dielektrické vlastnosti. Je však dalším z materiálů, které nasávají vlhkost, takže ho musíme udržovat v suchu.

Použití: silně namáhané součástky, ochranná pouzdra
Teplota tisku: 250 - 290°C
Teplota podložky: 100 - 130°C

ESD

Filamenty označené jako ESD jsou speciálně upravené pro použití v elektronických zařízeních. Označují se jako ESD ABS, ESD PET-G, ESD PC, atd., a přítomnost ESD znamená, že filamenty jsou obohacené o karbonové nanotrubice, které zvyšují jejich antistatické vlastnosti. Zajišťují tím bezpečnost integrovaných obvodů proti elektrostatickému výboji a snižují tak riziko jejich poškození.

Použití: elektronické komponenty
Teplota tisku: podle typu filamentu
Teplota podložky: podle typu filamentu

HIPS

Některé materiály se používají spíše na stavbu dočasných konstrukčních podpěr, díky kterým se výrobek před dokončením nezhroutí. Nejčastěji jsou to BVOH a HIPS. BVOH se používá téměř výhradně pro tento účel, protože podpory se pak snadno rozpustí ve vodě a je ekologicky nezávadný. HIPS je velice pevný a houževnatý materiál nejvíce podobný ABS, který se kromě tvorby podpěr využívá na výrobu obalů. Je možné ho opracovat.

Použití: tisk podpor, obalový průmysl
Teplota tisku: 235 - 250° C
Teplota podložky: 100 – 120 ºC

METAL

METAL je PLA s vysokým podílem příměsi kovových částic oceli, mědi nebo bronzu (až 80%). Kvůli těmto příměsím je filament příliš hrubý a abrazivní a není možné jej tisknout za pomocí mosazné trysky. Stejně tak je tomu v případě dalších kompozitních materiálů, pro které se doporučuje se tryska tvrzená. Hlavní výhoda METALu je přejímání vlastností použitých kovů a unikátní kovový vzhled výrobku. Aby vynikl, musí se objekty po vytištění brousit.

Použití: dekorativní
Teplota tisku:190-220 °C
Teplota podložky: 50-60 °C

chcete poradit s výběrem 3D filamentu?

Pokud máte k výběru materiálu pro 3D tisk dodatečné dotazy, není nic jednoduššího, než se na nás obrátit.​​ 

Kam dál

Návod na tisk do PDF: Word, Excel a fotky
před 5 dny, 26.9.2022

Návod na tisk do PDF: Word, Excel a fotky

Určitě se vám někdy stalo, že jste chtěli otevřít dokument ve Wordu nebo Excelu, a objevilo se vám okénko upozorňující na problém s kompatibilitou. Pokud míváte tento problém, bude vás zajímat tisk do PDF. Číst celý článek

clanek-kategorie-Jen Tisk
Zkušební tisk a test barev tiskárny
před 6 dny, 26.9.2022

Zkušební tisk a test barev tiskárny

Určitě se vám někdy stalo, že tiskárna tiskla nevýrazné barvy, šmouhy nebo tiskla neostře. Zkušební stránka slouží jako test, podle kterého lze poznat, co v tiskárně funguje a nefunguje. Jak vytisknout zkušební stránku a co z ní lze vyčíst? Číst celý článek

clanek-kategorie-Jen Tisk
Jak a kdy řešit skartaci dokumentů
před 6 dny, 25.9.2022

Jak a kdy řešit skartaci dokumentů

Údaje o zaměstnancích a klientech, účetní záznamy, výroční zprávy, know-how a další citlivá data se musí správně archivovat, ale i likvidovat. A to nejde bez pochopení základních pojmů jako jsou skartační znaky, úrovně utajení a další. Číst celý článek

clanek-kategorie-IT Bezpečnost
Jak naskenovat dokumenty a fotografie
před 7 dny, 25.9.2022

Jak naskenovat dokumenty a fotografie

Určitě si říkáte, že naskenovat dokument do počítače není nic těžkého. Víte ale, co znamenají jednotlivé parametry v nastavení skenování a jaké jsou rozdíly mezi skenováním dokumentů a fotografií? Číst celý článek

clanek-kategorie-Hardware
Využití 3D tisku - co vše lze vytisknout na 3D tiskárně
před 1 měsícem, 23.8.2022

Využití 3D tisku - co vše lze vytisknout na 3D tiskárně

Není to tak dávno, co jsme psali o tom, jak vybrat 3D tiskárnu. Pokud se chystáte tiskárnu pořídit, nebo ji již máte, může vás zajímat, co vše lze na ní vlastně vytisknout a na co ji použít. Číst celý článek

clanek-kategorie-3D tisk
Jak bezpečně smazat data z disku
před 1 měsícem, 22.8.2022

Jak bezpečně smazat data z disku

Jak bezpečně vymazat citlivá data před vyhozením nebo odprodáním disku? A to samozřejmě aniž by se disk poškodil nebo se snížila jeho životnost? Přinášíme jasný a detailní návod všech alternativ. Číst celý článek

clanek-kategorie-IT Bezpečnost