Stratasys standard FDM alapanyagok: ABS, ASA és PLA
Amennyiben egy Stratasys FDM (Fused Deposition Modeling) 3D nyomtató iránt érdeklődik, esetleg már rendelkezik is eggyel, fontos számunkra, hogy a lehető legjobban ki tudja használni a benne rejlő lehetőségeket. A berendezés gyors megtérülése, az idő- és költségmegtakarítás egy-egy adott alkalmazáshoz a megfelelő anyagok kiválasztásával maximalizálható. Amennyiben ön még most ismerkedik az additív gyártás világával, akkor az anyagok kiválasztásában kérje szakértő kollégáink segítségét. Ebben a cikkben röviden ismertetjük a Stratasys FDM alapanyagokat, amellyel támpontot szeretnénk adni az alkalmazásokhoz megfelelő műanyagok kiválasztásában. Először a leginkább elterjedt, standard alapanyagokra, az ABS-re, a PLA-ra és az ASA-ra összpontosítunk.
Az FDM technológiájú 3D nyomtatók két legelterjedtebb alapanyaga az ABS és a PLA. Az ABS-volt az első az FDM technológiában használt hőre lágyuló műanyag, amikor a technológiát a Stratasys-t alapító Scott Crump 1989-ben szabadalmaztatta.
Mi a PLA?
A Poly Lactic Acid (vagy polilaktid) alapesetben áttetsző poliészter, amely természetes keményítőkből (kukorica, cukornád stb.) származik. Kemény és merev, alacsony az üvegesedési hőmérséklete (Tg) és biológiailag lebontható (komposztálható), így az élelmiszer-csomagolásban is népszerűvé vált, többek között a környezetbarát termékek között. A PLA kevésbé tágul, mint a például az ABS alapanyag, amikor felmelegítjük, ezzel a tulajdonsággal hatékonyan használható az olcsóbb kategóriába tartozó, munkatér-fűtés nélküli berendezésekben is. A PLA önmagában nagyszerű anyag, és elérhető a Stratasys F123 3D nyomtatókban is. UV fényre érzékeny, de nehezebb és merevebb, mint az ABS, és ellenáll az acetonnak.
A PLA egyedülálló tulajdonságai megnehezítették a megbízható oldható támaszanyag kialakítását. A PLA-val általában használt támaszanyag vízben oldódik, ebből fakadóan nagyon érzékeny a környezet páratartalmára és nehezen kezelhető. A Stratasys FDM 3D nyomtatókban a PLA az egyetlen alapanyag, amelynél a modellanyagot használjuk támaszanyagként is. A PLA gyengesége a modellalapú támasztószerkezetekre vonatkozik, amelyeket kézzel kell eltávolítani, és ez a folyamat negatívan befolyásolja a gyártott modell felületét, amelyek így utólagos felületkezelést igényelnek.
Mi az ABS?
Az Akrilnitril-Butadién-Sztirol egy hőre lágyuló polimer; mindenütt jelen van a fröccsöntő és hőformázó iparágakban, mint tartós, általános felhasználású alapanyag.
A polibutadién gumi monomer rugalmasságot és ütésállóságot eredményez, míg a sztirol monomer kémiai ellenállást, keménységet és az ABS-re jellemző csillogást kölcsönöz (az akrilnitril lényegében együtt tartja az összetevőket). Ezen monomerek arányainak beállításával és különböző lágyítók hozzáadásával a műanyaggyártók különféle keverékeket állíthatnak elő a speciális alkalmazásokhoz. A Stratasys által használt ABS alapanyag (ABS plusz -P430 és ABS-M30) FDM-re specializálódott kialakítású, az extruderben nem szenesedő alapanyag. Egyik változata az ISO-minősítésű keverék ABS-M30i-ként, valamint elektrosztatikus disszipatív, vagyis ESD minősítésű anyagként az ABS-ESD7 is a felhasználók rendelkezésére áll. Az elektromos vezetőképesség növelése mellett az ABS-ESD7-ben hozzáadott szén 10%-kal növeli az alkatrészek szilárdságát és a merevségét. Az ABS alapanyagok kémiai ellenállása nem kiemelkedő, oldja az aceton, így kiválóan alkalmas a modellek felületkezelésére (aceton gőzölés), de nem alkalmas kültéri használatra, mert az UV fény fakóvá és törékennyé teszi a gyártott modelleket.
Mi az ASA?
Az ASA (Akrilnitril-Sztirol-Akrilát) kémiailag nagyon hasonlít az ABS-hez, a gumi monomer kivételével; a polibutadiént akrilát gumi helyettesíti.
A butadién az UV fényre reagál, amely az ABS alapanyagot a napfényben törékennyé teszi, így az ASA, amely nem tartalmaz butadiént sokkal inkább ellenáll az UV-fénynek és (az adott akrilát-észtertől függően) valamivel jobb kémiai ellenállási profilt eredményez, az aceton ennél az alapanyagnál is használható felületsimításra és ragasztásra.
A legtöbb műanyaghoz hasonlóan az ABS-nek és az ASA-nak is meglehetősen magas a termikus tágulási együtthatója (CTE). Ez a megfelelő nyomtatási környezet hiányában kihívásokat jelent a 3D nyomtatásban, mivel belső feszültséget hoz létre az alkatrészek nyomtatásakor, ami elhajlást, gyenge részeket és rétegek közötti elválást is eredményezhet. A stabil nyomtathatóság, méretpontosság és az ipari, 4% alatti maximális hibaarány érdekében minden Stratasys 3D nyomtató fűtött munkateret használ. A megoldás arra épül, hogy a munkatérben elhelyezett alkatrészek a lehető legmagasabb hőmérsékleten készüljenek (olvadás vagy megszakítás nélkül), majd a nyomtatás után egyenletesen, programozottan kerüljenek lehűtésre. A fűtött munkatér és a gyári alapanyag egységes összetétele és állandó minősége biztosítja a nagyon pontos zsugorodási tényezőt. Ez az elsődleges oka, hogy a Stratasys FDM gépek nyomtatási pontossága kiváló, és a nyomtatás megismételhető egyenletes minőségben a maximális ipari elvárásoknak megfelelően.
Mivel az ABS és az ASA megbízható, különböző színekben kapható, és az alámetszett részek utómunka nélküli nyomtathatóságának érdekében oldható támaszanyagokkal nyomtatható, a prototípusgyártáshoz és kisebb sorozatgyártáshoz tökéletes választás. Az ASA kültéri használatra is megfelelő, az ABS pedig minden más, általános célú felhasználásra megoldást jelent. Nagyszerű és könnyen elérhető alapanyagopció mindkettő az általános gyártósori eszközök előállításához.
Oldható támaszanyagok
Külön alkalmazási lehetőségek állnak rendelkezésünkre a Stratasys speciális, oldható támaszanyagaihoz is. Az ebből az anyagból készült szerszámokat sacrifical (veszejtéses) szerszámoknak nevezzük. A felhasználók a modellt és a támaszanyagokat tudják használni úgy is, hogy a gyártott termék a támaszanyagból készül, az ABS / ASA pedig a tartószerkezet. Az így kapott alkatrész üvegszálas vagy szénszálas anyaggal van körbe laminálva vagy gumiba mártva, akár galvanizáljuk/fémmel bevonjuk, majd az alakadó támasztékon egyszerűen kioldjuk és megkapjuk az az alkatrészt, amelyet nem tudtunk volna egy darabban legyártani az üvegszálas vagy kompozit technológiához használt hagyományos szerszámokkal és eljárásokkal. Ugyanez a koncepció alkalmazható a homok, gipsz vagy szilikon öntésére is. Az SR-20, SR-30 és SR-35 támaszanyagok mind melegített alkáli oldatban (WaterWorks vagy EcoWorks) lúgos folyadékban oldhatók.
A prototípus- és a kis-sorozatú gyártáshoz az ABS, az ASA és a PLA kiváló és költséghatékony alapanyagok. Amikor a végfelhasználói alkatrészek, a szerszámok és a nagy teherbírású szerelvények és gyártósori befogók, mérősablonok gyártására van szükség, már egy mérnöki kategóriájú hőre lágyuló műanyag alapanyag szükséges (Polikarbonát, PC-ABS, Nylon).
Tudjon meg többet az FDM technológia működéséről!
A VARINEX Zrt. szolgáltatásai mögött nem csupán az iparágvezető Stratasys áll – a 25 éves 3D nyomtatási tapasztalat mellett egy fáradhatatlan mérnökcsapattal is rendelkezünk, amely bármely projektszakaszban segítséget nyújt Önnek. Kérdése van? Segítünk!
Projektindítás előtt lépjen kapcsolatba a szakértő mérnök kollégákkal a 3dp@varinex.hu email címen!
„A dizájn az egyik legfontosabb vásárlási szempont az Audi ügyfelei számára, ezért döntő fontosságú, hogy ragaszkodjunk a legmagasabb szintű minőségi előírásokhoz a járműfejlesztés tervezési és koncepcióalkotási fázisában – magyarázza Dr. Tim Spiering, az Audi 3D műanyagnyomtatási központjának vezetője. – Tehát olyan prototípusokra van szükségünk, amelyek pontos alkatrész-geometriával rendelkeznek, nincsenek eltorzulva, rendkívül jó minőségűek, emellett a tervekhez hű szín és átlátszóság jellemzi őket. A Stratasys J750 3D nyomtató kiemelten fontos előnyt jelent számunkra, hiszen lehetővé teszi, hogy a terveknek megfelelő pontos textúrákat és színeket nyomtassuk. Ez elengedhetetlen ahhoz, hogy a tervezési koncepciókat jóváhagyják a gyártáshoz. Ami a 3D nyomtatott átlátszó alkatrészeket illeti, ezen kívül nem láttam még olyan technológiát, amely megfelel az előírásainknak.”
„Mivel a Stratasys J750-et használjuk a hátsó lámpaburák prototípusainak készítéséhez, felgyorsítjuk a tervellenőrzési folyamatot – teszi hozzá Spiering. – Úgy becsüljük, hogy akár 50 százalékos időmegtakarítást is elérhetünk a 3D nyomtatási technológia alkalmazásával a hátsó lámpaburák prototípus-készítése során.”
A 3D műanyagnyomtatási szakértelemért, tanácsadásért és gyártásért egyaránt Dr. Spiering és 24 fős csapata felel az Audi ingolstadti központjában. Mióta 2002-ben befektettek az első Stratasys FDM 3D nyomtatóba, a részleg tíz 3D polimernyomtatóval – többek között Stratasys FDM és PolyJet 3D nyomtatókkal – egészítette ki portfólióját.
Andy Middleton, a Stratasys EMEA regionális elnöke így összegezte:
„Az Audi egy kiváló példa arra, hogy az egyedülálló színes, több alapanyag valós idejű keverésére épülő 3D nyomtatási technológiánk hogyan képes egyszerűsíteni különböző tervezési folyamatokat és hatékonyan lerövidíteni a fejlesztési ciklusokat. Ha az időmegtakarítást, amelyet az Audi a hátsó lámpák esetében ért el, kiterjesztjük a jármű többi alkatrészére is, a piacra dobás idejére gyakorolt összhatás hatalmas lesz. Izgatottan várjuk, hogy az Audi hogyan használja majd az FDM és PolyJet technológiáinkat újabb és újabb alkalmazási területeken, kihasználva az általunk kínált előnyöket a fejlesztési folyamatok hatékonyságának növelésében.”
Forrás: STRATASYS.com 
Neil Oatley, a McLaren Racing tervezésért és fejlesztésért felelős igazgatója a következőket mondta el: „Folyamatosan módosítjuk és tökéletesítjük a Forma 1-es versenyautó terveit, így az új tervváltozatok gyors tesztelésére való képesség alapvető fontosságú az autó könnyebbé tételéhez, és még inkább a nagyobb teljesítményt célzó, kézzelfogható változatok számának növelése tekintetében.
