Як обрати філамент для 3D-друку?

Вітаємо! Якщо ви читаєте цю статтю, це означає одне з двох. Або ви вже займаєтесь 3D-друком, або лише плануєте зануритися в це цікаве, але й не просте ремесло. Тут ми розглянемо найпопулярніші типи філаментів, їхні фізичні властивості та сфери застосування, а також торкнемося спеціалізованих композитних та високотемпературних матеріалів.

3D-друк за останнє десятиліття перетворився з нішового хобі на потужний інструмент прототипування, виробництва та творчості. Філамент – основа будь-якого FDM-друку, матеріал, з якого 3D-принтери створюють вироби. Він являє собою термопластичну нитку діаметром 1,75 мм, яка плавиться і шар за шаром формує виріб. Зауважимо, що деякі виробники виготовляють власні філаменти, що стандартизовані суто під їхні моделі принтерів.

Зміст

• PLA (полілактидна кислота)
• PETG (глікольмодифікований поліетилентерефталат)
• ABS (акрилонітрилбутадієнстирол)
• ASA (акрилонітрил-стирол-акрилат)
• TPU (термопластичний поліуретан)
• Nylon (РА-поліамід)
• Композитні філаменти
  • Carbon Fiber (вуглецеве волокно)
  • Glass Fiber (скловолокно)
  • Metal-Filled (бронза, мідь, залізо)
  • Wood-Filled (деревина)
  • Wolfram-Filled (вольфрамовий філамент)
  • Glow-in-the-dark, Stone, Clay та інші
    
• Високотемпературні філаменти
  • PEI (Ultem)
  • PEEK (поліефірефіркетон)
  • PPSU (поліфенілсульфон)
  • PC (полікарбонат)
• Висновки

PLA (полілактидна кислота)

PLA – ідеальний вибір для початківців. Друкується майже на будь-якому принтері без нагрівання стола. Використовується для декоративних елементів, макетів, корпусів, що не піддаються навантаженням. Не підходить для вуличного використання через низьку термостійкість.

PLA має надзвичайно високе різноманіття саме декоративних видів: матові, глянцеві, дво- та триколірні, з блискітками або ж з текстурою дерева. Усі вони відкривають шлях для творчості та дизайну. Тож якщо ви друкуєте іграшки, дизайнерські вироби, чи просто вчитесь друкувати, рекомендуємо обирати PLA.

PETG (глікольмодифікований поліетилентерефталат)

PETG часто називають філаментом "на кожен день", адже він об'єднує простоту друку PLA з механічною витривалістю, близькою до ABS. Додавання гліколю зменшує крихкість і покращує прозорість, тому PETG може бути як напівпрозорим, так і повністю непрозорим – залежно від марки. Висока адгезія шарів робить вироби практично монолітними. При цьому він достатньо еластичний і не тріскається при ударах. Також відносно стійкий до деформацій при нагріванні (до 70–80 °C).

Усе це дозволяє друкувати з нього широкий спектр виробів:

• Корпуси електроніки. Стійкий до вологи й УФ-випромінювання, цей тип філаменту ідеально підходить для зовнішніх розумних сенсорів, корпусів Raspberry Pi, Arduino, реле та давачів
• Запчастини для 3D-принтерів. PETG – найкращий вибір для кріплень, тримачів проводів, роликів, напрямних і навіть деталей екструдера
• Кухонне приладдя та ємності. Через високу хімічну стійкість, може застосовуватись для друку пляшечок, мірних ложок, лійок і тримачів губок (але не рекомендований для контактів з їжею без сертифікації)
• Автомобільні аксесуари. Як-от підставки для телефонів, кріплення для GoPro, тримачі проводів, органайзери в багажник – PETG легко витримує температуру в салоні машини
• Механічні деталі. Наприклад, шестерні в повільно обертових механізмах, кріплення для меблів, шарніри, замки – все це буде добре працювати завдяки низькому коефіцієнту тертя
• Малосерійне виробництво. Завдяки якісному зовнішньому вигляду та витривалості, PETG використовують для створення прототипів, рекламних зразків або обмежених партій продукції

ABS (акрилонітрилбутадієнстирол)

ABS – старожил у світі пластиків. Він використовується у промисловості ще з 1950-х років, і це з нього виготовляють LEGO, автомобільні панелі, корпуси побутової техніки, каски, інструментальні кейси та багато іншого. Його особливість – міцність, ударостійкість і термостійкість до 95–100 °C. Водночас ABS легко обробляється: шліфується наждачкою, склеюється ацетоном, і може бути "відполірований" ацетоновою парою до глянцю.

Проте ABS не варто друкувати без закритої камери: він буде тріскати, відшаровуватись і деформуватись через різницю температур у приміщенні. ABS дуже чутливий до охолодження шарів, тож обдування краще повністю вимикати або залишати на мінімумі. Через виділення стиролу, під час друку потрібна вентиляція – бажано з виводом повітря за межі приміщення.

Втім, його міцність та легкість обробки виробів дозволять використовувати його для:

• Корпусів електроніки. Він ідеальний для пристроїв, які гріються – наприклад, блоків живлення, роутерів, інструментальних боксів; часто застосовується для проєктів на Arduino або Raspberry Pi, де потрібна ударостійкість
• Автомобільних деталей. Кріплення для проводки, салонні деталі, органайзери в багажник, підставки та тримачі – ABS витримує і тепло, і вібрації; добре себе показує у літній спеці в авто
• Функціональних прототипів. При тестуванні моделі перед литтям у пластик, ABS покаже себе максимально наближено до майбутнього виробу
• Ремонту побутової техніки. Петлі, замки, корпусні елементи, кнопки – усе, що ламається вдома, часто друкують з ABS
• Друку інструментальних руків'їв та кейсів. Руків'я для напилків, викруток, паяльників – усього, що потребує витривалості й не ковзає в руці

Постобробка – суттєва перевага ABS. Він дуже легко шліфується, обробляється наждачкою, не плавиться під руками як PLA. Склеюється за допомогою ацетону або спеціальних ABS-клеїв, які зварюють пластик хімічно. Ацетонова пара створює гладку, глянцеву поверхню, популярну у виробництві декоративних об'єктів або корпусів для гаджетів.

То ж коли обрати ABS?

• Коли потрібна максимальна термостійкість серед доступних матеріалів
• Якщо важлива ударостійкість і міцність
• Якщо проєкт потребує обробки або естетичного фінішу
• Якщо працюєте у закритому боксі з вентиляцією

ASA (акрилонітрил-стирол-акрилат)

ASA – це інженерний пластик, розроблений для зовнішнього використання. Його головна фішка – стійкість до ультрафіолету, дощу, морозу і спеки. Він не тьмяніє, не жовтіє і не кришиться від сонця, на відміну від PLA чи ABS. Це робить його ідеальним кандидатом для друку всього, що буде на вулиці. Має фізичні характеристики, близькі до ABS, але ASA поводиться стабільніше при охолодженні, а також трохи краще прилипає до шару. В результаті, ваш виріб має менше шансів на розшарування. Однак ASA так само вимагає закритої камери й вентиляції.

Головна перевага ASA – УФ-стійкість. Це той матеріал, який можна без страху лишити на сонці на кілька років, і він виглядатиме як новий. Жоден PLA або PETG філамент не здатен таке витримати.

При друці потребує закритої, або хоча б стабільно теплої камери, інакше можливе розшарування. Запах трохи м’якший, ніж у ABS, але все одно небажано друкувати без витяжки. Погано реагує на обдування – бажано вимикати або знижувати до мінімуму. Добре прилипає до PEI, BuildTak, каптону з клеєм або спеціальних адгезивів типу Magigoo.

ASA без проблем можна використовувати для друку:

• Вуличних конструкцій. Корпуси камер, розумні дверні дзвінки, метеостанції; клемні коробки, кріплення для сонячних панелей, кабель-менеджмент на фасаді будинку
• Автомобільних елементів. Зовнішні кріплення, елементи кузова, кліпси, рамки для номерів, вентиляційні дефлектори
• Вуличної реклами / вивісок. ASA добре тримає колір, не вигорає – застосовується для літер, логотипів, світлових коробів
• Меблів та аксесуарів для саду. Кронштейни для квіткових горщиків, декоративні елементи, ручки, частини для вуличних ліхтарів
• Технічних виробів. Кріплення для антен, супутникових приймачів, інтернет-обладнання, яке розташоване на відкритому повітрі

В постобробці ASA поводиться як ABS. Легко шліфується та обробляється. На ацетон реагує, але повільніше, ніж ABS. Гладку поверхню можна зробити, але потрібно більше часу. Чудово фарбується акриловими фарбами.

Коли обрати ASA:

• Якщо шукаєте матеріал для вулиці, який не зіпсується під дощем, снігом, сонцем
• Якщо потрібно щось ударостійке і витривале, як ABS, але стабільніше у друці
• Якщо PLA вже "поплавився" на підвіконні – ASA не підведе.
• Ідеально для outdoor-ентузіастів, DIY-щиків, установників камер, антен та всіх, хто живе з паяльником у руці

TPU (термопластичний поліуретан)

TPU – це полімер, який поєднує еластичність гуми з оброблюваністю пластика. Він буває різної жорсткості, що вимірюється в шорі (Shore A) – зазвичай 85–95. Чим нижча цифра, тим м’якший філамент. Це ідеальний матеріал, коли потрібна гнучкість + зносостійкість + пружність. Він здатен розтягуватись на 300–500% і повертатися до форми, не втрачаючи міцності.

TPU обожнює повільність – 15–40 мм/с для надійного екструдування. Найкраще працює з дірект-екструдером – у боуден-системах він має звичку "заклинювати", особливо м’які марки. Слід дуже точно налаштовувати ретракт, інакше отримаєте нестабільну подачу. Як поверхня для друку найкраще підходить скло або PEI, іноді допомагає блакитна малярна стрічка для адгезії.

TPU відкриває зовсім нові можливості друку:

• Чохли для телефонів і гаджетів. Поглинає удари, гнеться без тріщин, не ковзає – саме те, що потрібно для захисних обкладинок
• Антивібраційні елементи. Підошви під принтери, амортизатори для дронів, демпфери вентиляторів, прокладки для двигунів
• Прокладки та ущільнення. Добре герметизує, витримує хімічні рідини – підходить для сантехніки, акваріумів, авто
• Гнучкі петлі та з’єднання. Можна надрукувати петлю прямо у виробі, яка буде рухатись і згинатись роками
• Підошви взуття, протектори, слайдери. TPU добре працює як основа для взуття на замовлення, підборів, ковпаків на взуття або спортивного захисту
• Шестерні з високим тертям або контактні поверхні. Не ковзає, добре "чіпляється" до поверхні – зручно для механізмів, де потрібен хват
• Обв’язки, кабельні органайзери, браслети, затискачі. Усе, що має гнутись і витримувати натяг

Постобробка:

• Шліфується важко – матеріал м’який
• Склеювання – складне, але можливе спеціальними клеями для гнучких пластиків
• Фарбування – можливо, але вимагає спеціальних фарб

TPU дуже чутливий до перетискання в екструдері. Подача має бути вільною і рівною.
Якщо в екструдері є прозір між шестернями подачі та тефлоновою трубкою – філамент туди "втече" і застрягне. Не любить високу швидкість та надто активні ретракти.

Коли обрати TPU:

• Коли потрібна гнучкість і механічна витривалість
• Якщо бажаєте надрукувати демпфер, ущільнювач, обв’язку або щось ударостійке
• Коли PLA занадто крихкий, а ABS – надто твердий

Nylon (РА поліамід)

Nylon – це інженерний пластик, який використовують не лише в 3D-друці, а й у промисловості: шестерні, підшипники, технічні втулки, текстиль, навіть парашути. У друці цінується за ударостійкість, гнучкість, зносостійкість і витримку до агресивних середовищ. Це матеріал, що "працює". Він може гнутись, працювати в парі з металевими деталями, і не розлізеться під навантаженням, як той же PLA. 

Nylon вбирає вологу за години, і вже через 24–48 годин відкритого зберігання перетворюється на пекло для екструдера. Волога викликає шипіння, бульбашки, погану адгезію, слабкий шар. Без сушіння немає нормального друку. Температура сушки: 70–90 °C, час – 4-6 годин, ідеально – у спеціальній сушарці або дегідраторі. Друкується на високих температурах, бажано з закритою камерою. Добре лягає на гарячий текстурований PEI, але іноді потребує клею або спеціального адгезиву (Magigoo PA). Може мати деформацію при охолодженні, тому важлива стабільна термодинаміка всередині принтера.

Реальні приклади використання Nylon:

• Механічно навантажені частини. Шестерні, втулки, тримачі, кріплення, елементи рухомих механізмів
• Робочі інструменти та опорядження. Втулки, прокладки, гнізда для гайок/болтів, обойми, шаблони для свердління
• Технічні компоненти. Частини RC-моделей, квадрокоптерів, дронів – де потрібна міцність та гнучкість
• Кріплення під навантаженням. Хомути, фіксатори, кліпси, які не тріснуть від перенапруги
• Хімічно стійкі деталі. Контейнери або прокладки, які контактують з паливом, мастилами, спиртами чи лугами

Постобробка:

• Шліфується неідеально – волокниста структура
• Можна фарбувати аніліновими барвниками як тканину (після нагрівання)
• Склеювання – складне, лише спеціальними клеями для поліамідів

Коли обрати Nylon:

• Коли потрібно щось міцне, здатне витримати згинання
• Коли PLA зламався, ABS потріскався, а TPU занадто м’який – Nylon йде в бій
• Якщо маєте сушарку, прямі руки та час на налаштування – це топфіламент для серйозних завдань

Композитні філаменти

Що таке композитні філаменти?

Композитний філамент – це базовий полімер (PLA, PETG, ABS, Nylon, PC, PEI), до якого додані частинки або волокна твердих матеріалів. Це не просто "прикраса", а цілеспрямоване поліпшення властивостей: жорсткість, візуальний ефект, термостійкість, маса, стійкість до втоми матеріалу.

Найпоширеніші наповнювачі:

• Carbon fiber (вуглецеве волокно)
• Glass fiber (скловолокно)
• Metal-filled (мідь, бронза, залізо, вольфрам)
• Wood-filled (тирса, дерев’яна пудра)
• Фосфорні частинки (світіння в темряві)
• Кевлар (у промислових сумішах)

Переваги:

• Значно підвищена жорсткість (особливо у карбонових та скляних)
• Унікальний зовнішній вигляд: метал, дерево, камінь
• Деякі (напр. Carbon, GF) – термостійкіші та з меншою усадкою
• Можуть бути легше оброблюваними (шліфування, фарбування)

Недоліки:

• Абразивні: без загартованого/рубінового сопла — прощавай, латунь
• Схильні до засмічень: волокна → ретракції → проблеми
• Крихкі при ударі (жорсткість = менша еластичність)
• Як правило вдвічі/втричі дорожчі за звичайний філамент

Carbon Fiber (вуглецеве волокно)

Glass Fiber (скловолокно)

Metal-Filled (бронза, мідь, залізо)

Wood-Filled (деревина)

Wolfram-Filled (вольфрамовий філамент)

Glow-in-the-dark, Stone, Clay та інші

• Glow (світиться в темряві) – PLA + фосфорний порошок
• Stone / Clay – ефект каменю, мармуру, глини
• Conductive – PLA з графітом – для прототипування електросхем

Практичні поради:

• Використовуйте загартоване, неіржавне або рубінове сопло (0.4–0.6 мм)
• Латунне зітреться після кількох сотень грамів
• Калібруйте ретракції обережно – особливо з волокнами, адже вони створюють затори
• Знижуйте швидкість подачі – ці філаменти не про "ганяти на швидкості"
• Тримайте філамент сухим – волокна можуть притягувати вологу швидше, ніж базовий полімер

Композитні філаменти – не для новачка, але дають надзвичайно круті можливості. Від легких і жорстких кріплень з карбону до важких вольфрамових противаг, від блиску бронзи до запаху дерева – це не просто друк, це вже справжнє інженерне мистецтво.

Високотемпературні філаменти

Високотемпературні філаменти працюють за температури понад 200–300 °C, витримують високе механічне, термічне, хімічне навантаження, мають відмінну електроізоляцію, але вимагають від принтера більше, ніж просто нагріти сопло. Для роботи з ними вам потрібне реально промислове обладнання.

Загальні вимоги для друку:

PEI (Ultem)

PEEK (поліефірефіркетон)

PPSU (поліфенілсульфон)

PC (полікарбонат)

Ці матеріали – вершина технології FDM-друку, вони відкривають двері до промислових, сертифікованих виробів прямо з вашого столу... якщо ваш принтер схожий більше на частину для реактивного двигуна, ніж на бюджетний Ender.

Висновки

Вибір філамента – це більше, ніж просто таблиця з температурою екструдера. Це свідоме рішення, яке має враховувати:

• Механічні вимоги до виробу (чи має він витримувати навантаження, удари, розтяг?)
• Умови експлуатації (чи буде він на вулиці, у вологому середовищі, під сонцем чи в моторному відсіку?)
• Фінансові можливості (бо деякі котушки коштують як половина самого принтера)

Якщо ви створюєте макет, сувенір чи декоративну фігурку – PLA забезпечить чудову якість з мінімумом проблем.
Для корпусів, тримачів, монтажних рішень – PETG або ABS дадуть витривалість і гнучкість.
Потрібна еластичність або ударостійкість – використовуйте TPU, і ваші деталі переживуть падіння з даху.
Інженерні задачі, де потрібна висока міцність чи зносостійкість – тут згодяться Nylon, композити та карбонові суміші.
А для сфер, де механіка поєднується з термоядерною стабільністю, лише PEI, PEEK, PPSU відкривають двері в реальний світ промислового застосування.

Розуміння матеріалу – половина успіху. Друга половина – це:

• Правильна сушка філаменту (волога — ворог будь-якого полімеру)
• Калібрування принтера (Z-offset — святий Грааль адгезії)
• Температурний профіль (сопло, стіл, охолодження)
• Розуміння геометрії виробу (перетини, навіси, кріплення)

І головне: жоден філамент не врятує криво складений або недоглянутий принтер. Навіть PEEK не заховає помилки калібрування. Інженерний підхід, увага до деталей і бажання вчитись – ось три основи якісного друку.

Команда Masteram