Записки программиста

Недавно мы познакомились с TPU-95A. Не менее интересным материалом для 3D-печати является нейлон. Давайте же изучим свойства нейлона, попробуем печатать им, а также полюбуемся моделями из данного материала.

Нейлон интересен по нескольким причинам. Во-первых, он склонен «спекаться в монолит». Детали из нейлона получаются практически изотропными, то есть, они одинаково прочны как вдоль слоев, так и поперек. Также под нагрузкой нейлон гнется, но не ломается. Во-вторых, нейлон имеет низкий коэффициент трения, поэтому из него печатают шестеренки, подшипники скольжения и т.п. В-третьих, нейлон можно эксплуатировать при температурах до 90°C, как и ABS. Однако, в отличие от ABS, нейлон не токсичен.

Нейлон — это обобщенное название довольно разных по свойствам полимеров. В 3D-печати чаще всего используются PA6 и PA12. PA означает полиамид. Цифра означает количество атомов углерода в молекуле, из которой выстраивается полимерная цепочка. PA6 относительно дешев, однако очень гигроскопичен. Его сушат при 90°C. Моя сушилка столько не держит, и сушить пластик в духовке желания не было.

В итоге я выбрал BFNylon от компании BestFilament. В переписке производитель сообщил, что это PA12. Данный материал менее гигроскопичен, а также сушится при 60-70°C. В отличие от других нейлонов, PA12 обладает низкой плотностью, около 1 г/см3. BFNylon доступен в двух цветах — натуральном бело-прозрачном и черном. Материал недешев. Бобина весом 0.5 кг обошлась мне в 3200 руб. Таким образом, PA12 раза в четыре дороже PETG того же производителя.

Эксперименты проводились на Flying Bear S1. Рекомендуемая температура сопла для BFNylon составляет от 250 до 260°C, а температура стола — от 110 до 120°C. Я остановился на температурах 250°C и 120°C соответственно. Если задумаете печатать нейлоном, убедитесь, что ваш 3D-принтер способен держать названные температуры, и что в хотенде не стоит горло со сквозной тефлоновой трубкой.

Коэффициент pressure advance был установлен в 0.075, а ретракты — в 0.6 мм. Данные значения я просто скопировал из настроек для PETG. По задумке, это были стартовые значения, которые потом следовало подстроить по результатам реальной печати. Однако дальнейшая подстройка не потребовалась.

Будет неплохой идеей при печати держать нейлон в драйбоксе или включенной сушилке, чтобы он не пропитался влагой, пока вы печатаете. По личному опыту, в случае с PA12 столь радикальные меры не обязательны. Однако тут многое зависит от влажности у вас дома. Когда нейлон не используется, его следует хранить в вакуумном пакете с силикагелем. Впрочем, как и любой филамент.

При печати нейлоном обдув выключают или включают на ~10%. Дело в том, что при сильном обдуве слои не спекаются, и модель получится хрупкой. Я проверял. По этой же причине нейлон чувствителен к сквознякам. Желательно использовать 3D-принтер с закрытой камерой. При печати ответственных деталей неплохой мыслью будет прогреть камеру в течение 30-60 минут. Хуже точно не будет. Независимо от того, решите вы прогревать камеру или нет, лишние отверстия в ней не повредит заклеить каптоном (термоскотчем).

Народная мудрость гласит, что нейлоном полагается печатать медленно, на линейных скоростях не более 40 мм/с. Однако реальность несколько сложнее. Если 3D-принтер имеет производительный хотенд, а модель достаточно большая, чтобы пластик остывал за время печати одного слоя, то печатать можно быстрее. Экспериментально я установил, что нейлоновый Benchy спокойно печатается с ограничением по потоку 12 мм3/c. При высоте слоя 0.2 мм и сопле диаметром 0.4 мм это соответствует линейным скоростям до 150 мм/с. В данном режиме начинает появляться «паутина», но в небольших количествах.

Следует однако учитывать, что повышение скорости печати может негативно сказываться на прочности изделия. А может и не сказываться. Данный вопрос заслуживает серьезного инструментального исследования. Однако последнее не так-то просто провести в домашней мастерской, принимая во внимание свойства нейлона. При печати особенно ответственных деталей поток не лишено смысла ограничить 3 мм3/сек, на всякий случай.

Основная проблема с нейлоном — это большая усадка. Во время печати модели склонны сворачиваться и отлипать от стола. Бороться с этим можно по-разному. Кто-то наносит на стол адгезивы, кому-то нравится добавлять raft. По моему опыту, неплохо работает добавление каймы в 15 мм. Нейлон хорошо режется, поэтому кайму легко удалить при помощи скальпеля и кухонной доски.

Примеры моделей из нейлона:

PA12 дает слабый запах при печати. Напоминает запах расплавленного воска. За счет низкого коэффициента трения закручивать и выкручивать винт в кубике из OrcaSlicer — одно удовольствие. Мостики у кораблика вышли кривоватыми. В моделях из нейлона мостов, наверное, лучше вообще избегать. Все модели напечатаны с обдувом 10% на штатном PEI-столике от Flying Bear S1. Первый слой ложится идеально. Чистка сопла и парковка по тензодатчикам работают, как и задумано.

А вот пример более крупной модели:

Это хомут для крепления водосточной трубы к стене дома. Примечательно, что его можно гнуть, скручивать, сжимать и растягивать какими угодно способами. Руками сломать хомут невозможно. PETG аналогичное испытание не проходит. На фото можно заметить некоторые искажения модели из-за усадки. В данной задаче они некритичны. В общем же случае с усадкой борются добавлением в нейлон стеклянных или углеродных волокон. Однако тема печати композитными материалами уже выходит за рамки поста.

В ретроспективе печатать PA12 оказалось не особо сложно. Чтобы подобрать параметры печати, потребовалась серия экспериментов. Но как только эти параметры были найдены, печатать PA12 стало не намного сложнее PETG.

Метки: 3D печать.