Kako odabrati najbolje polimere za funkcionalno prototipiranje i proizvodnju? Koji su čvrsti i izdržljivi materijali za 3D print dostupni na tržištu?

3D ispis čvrstih, izdržljivih polimera ključan je za dijelove koji moraju izdržati stvarne industrijske uvjete. Odabir pravog materijala ne znači pronaći jedan „najčvršći“ polimer, već ga uskladiti s potrebama primjene. Od vlačne i udarne čvrstoće do otpornosti na toplinu i kemikalije – svaki faktor oblikuje performanse. Pravilnim odabirom materijala prema zahtjevima primjene, funkcionalni prototipovi i krajnji dijelovi mogu postići pouzdanost i dugoročnu izdržljivost.

Kada trebate izraditi dijelove za teške uvjete

Nije uvijek jasno koji je najbolji materijal za 3D print. Ne postoji univerzalna mjera koja opisuje čvrstoću ili trajnost – sve ovisi o parametrima kao što su vlačna čvrstoća, žilavost, krutost i otpornost na temperaturu.

Grafikon koji Stratasys nudi prikazuje samo mali uzorak materijala, s naglaskom na vlačnu čvrstoću, udarnu čvrstoću i temperaturu savijanja pod opterećenjem (HDT). No, postoje i druge važne karakteristike koje utječu na izbor.

Definiranje ključnih svojstava materijala

• Krutost: sposobnost materijala da se odupire savijanju i deformaciji
• Žilavost: sposobnost apsorbiranja energije i deformacije bez pucanja
• Čvrstoća: sposobnost podnošenja sila bez loma ili trajne deformacije

Ključne metrike:

• Granica popuštanja (Yield Strength): točka kada materijal počinje trajno deformirati
• Maksimalna vlačna čvrstoća (UTS): najveća sila koju materijal može izdržati pri istezanju

Odabir materijala za izdržljive dijelove zahtijeva ravnotežu ovih svojstava – a i sama tehnologija 3D printa igra važnu ulogu.

Čvrsti i izdržljivi maerijali za 3D print

1. FDM® filamenti

Najpoznatiji po čvrstoći i mogućnosti izrade velikih dijelova. Svaki materijal ima prednosti i kompromise – PC-ABS nudi otpornost na udarce, Nylon 12 dobru duktilnost, a ULTEM™ izuzetnu otpornost na visoke temperature i čvrstoću.

Primjer: Inženjerska tvrtka EANT GmbH koristila je Nylon 12CF (ojačan ugljičnim vlaknima) za nosač satelitske antene, smanjujući trošak za 20 %, vrijeme proizvodnje za 75 % i težinu dijela za 38 %.

Kada koristiti: za jake i/ili velike dijelove, jednostavnu integraciju i upotrebu.
Kada ne koristiti: ako je presudan izgled ili vrlo visoka rezolucija.

2. PolyJet™ materijali

Poznati po estetskoj kvaliteti i mogućnosti ispisa u više boja i materijala. Novi materijal ToughONE™ kombinira čvrstoću, žilavost i visoku kvalitetu površine.

Kada koristiti: za funkcionalne prototipove s finim detaljima, alate i potrošačke proizvode gdje je izgled bitan.
Kada ne koristiti: u visokotemperaturnim primjenama ili za velike dijelove.

3. SAF® (Selective Absorption Fusion) – PBF tehnologija

Pogodna za serijsku proizvodnju s niskim troškom po dijelu i dosljednom kvalitetom. Najčešće se koriste Nylon PA12 i PA11 zbog čvrstoće i žilavosti.

Primjer: 3D Composites koristio je SAF za izradu dijelova u zrakoplovstvu, smanjujući trošak i vrijeme isporuke uz visoku pouzdanost.

Kada koristiti: za srednje i velike serije, uz izvrsnu ponovljivost.
Kada ne koristiti: kada je potrebna vrlo glatka završna obrada.

4. P3™ DLP materijali

Odlikuju se kombinacijom visoke čvrstoće, preciznosti i kvalitete površine. Idealni za proizvodnju manjih serija i alata.

Kada ne koristiti: kod vrlo velikih dijelova ili kada je potreban višebojni, višematerijalni ispis (gdje PolyJet ima prednost).

Kako odabrati najbolji čvrsti materijal za 3D ispis

Prilikom odabira treba uzeti u obzir:

• Mehanička svojstva: čvrstoća, žilavost, otpornost na zamor
• Toplinska svojstva: otpornost na toplinu, toplinsko širenje
• Kemijska svojstva: otpornost na koroziju, stabilnost
• Cijenu i dostupnost

Pregled svih tehnologija i njihovih prednosti i nedostataka:

Tehnologija	Prednosti	Nedostaci	Najbolje za
FDM®	Najčvršći filamenti (npr. ULTEM™, Nylon 12CF); Veliki volumen ispisa; Jednostavna integracija	Slojevi vidljivi na površini; Manja preciznost kod detalja	Veliki i čvrsti dijelovi, industrijske primjene
PolyJet™	Višebojni i višematerijalni ispis; Visoka preciznost i glatka površina; Novi ToughONE™ nudi bolju žilavost	Niža otpornost na toplinu; Manje isplativo za velike dijelove	Prototipovi s detaljima, potrošački proizvodi, alati s estetikom
SAF® (PBF)	Visoka ponovljivost; Niski troškovi po dijelu; Serijska proizvodnja (tisuće komada)	Hrapavija površina; Nije idealno za vrlo glatke završne obrade	Srednje do velike serije, zrakoplovstvo, industrijski alati
P3™ DLP	Kombinacija čvrstoće i preciznosti; Izvrsna završna obrada; Precizni funkcionalni dijelovi	Ograničena veličina ispisa; Nema više boja/materijala	Alati, funkcionalni prototipovi, niskoserijska proizvodnja