Materialer for 3D-printing

Hvilken form materialet skal ha, er i all hovedsak avhengig av teknologien brukt i 3D-printeren. Også selve materialet har noe å si: Metall printes for eksempel stort sett med pulver. I denne artikkelen vil hovedfokuset være på filamenter fordi det er denne typen materiale som brukes i de fleste 3D-printerne på skoler.

Det forskes mye på materialer for 3D-printing, og på nettet kan du finne mengder av informasjon om erfaringer med ulike materialer. Det er lurt å lese seg litt opp før du skal printe, for eksempel sjekke leverandørenes sider om tips og innstillinger.

PLA er det mest brukte filamentet til FDM-printere. Materialet har den store fordelen at det er biologisk nedbrytbart selv om det er en plasttype. PLA er også lett å 3D-printe, for en trenger ikke å justere mye på temperaturer og innstillinger på printeren. Det er for eksempel lite warping med PLA. PLA printes med en dysetemperatur på mellom 200 og 220 °C. Byggeplata kan være uten varme eller varmes opp til 60 °C .

PLA er relativt sprøtt og deformeres ved 60 °C. PLA bør derfor brukes mest på modeller, ikke på funksjonelle deler som skal bøyes, vris eller som må tåle høye temperaturer. Derimot passer det godt til å lage prototyper for å sjekke størrelser og bevegelser.

Det finnes mange varianter av PLA. Materialet kan komme i ulike farger eller være iblanda metallpulver. PLA med metallpulver brukes kun for å få deler som skal se ut som metalldeler.

ABS er en type termoplast en finner i mange ulike produkter, for eksempel i LEGO-klosser. Dette er en relativ sterk plasttype, som også kan maskineres.

ABS ble tidlig tatt i bruk til 3D-printeformål. Ei av de største utfordringene med printing av ABS er warping. Denne plasttypen warper mye, og den kan løsne fra byggeplata. Et annet problem med ABS er avgassing. Det vil være nødvendig med avsug og ventilasjon under printeprosessen.

ABS printes med en temperatur på 230 °C. Byggeplata må også være varma opp til mellom 90 og 120 °C. For å hindre warping bør en bruke noe bindemiddel på byggeplata.

TPE og TPU er filamenttyper som er fleksible. Denne typen materiale kan for eksempel være hensiktsmessig å bruke til printing av mobildeksler, for de skal passe godt på telefonen. Fleksibelt filament kan være spesielt utfordrende å 3D-printe fordi det er vanskeligere å få materialet til å feste seg til byggeplata. I tillegg er det viktig å finne rett matehastighet når filamentet blir dytta inn i og ført gjennom printerdysen. Ved for høy matehastighet vil tråden bøye og krølle seg inni printerhodet. Da vil printinga ikke fungere.

Det finnes også noen vannløselige filamenter, som HIPS og PVA. Dette er filament som en bruker til å printe støttestrukturer, og som brukes i 3D-printere med dobbeldyse. Når en del er ferdig, kan en da legge den i vann og få fjerna støttestrukturen. Dette kan være særlig nødvendig når en skal printe deler som trenger støttestruktur i innvendige hulrom.

Fibre blandet i plastmassen kan gi høyere stivhet og styrke i den ferdige delen. En Markforge Mark Two-printer for eksempel printer kontinuerlige fibre av karbon eller glassfiber samtidig med plastfilament. Da får en et materiale med styrke tilsvarende aluminium.

Resin er flytende materiale som herdes ved hjelp av lys, og da som regel ultraviolett-lys (UV-lys). Resin består av to komponenter: hovedmaterialet, som ofte er en plasttype, og et herdestoff som aktiveres av lys. Resin må lagres i lystette beholdere slik at det ikke kan herdes mens det står lagra.

Etter printing må delen vaskes. For de fleste resin-typer gjelder at den ferdige delen må renses i alkoholbasert væske for å fjerne materiale som ikke er herda av printerlyset, men det fins også resintyper der det er mulig å rense i vann. Etter rensing trenger delene ytterligere herding for å oppnå ønska hardhet. Denne herdinga kan gjøres i UV-lys eller sollys. Mange leverandører av 3D-printere tilbyr egne rense- og herdemaskiner for etterbehandling.

Metall til printing kommer som regel som et pulver bestående av finkorna metallpartikler. Det er viktig at dette pulveret ikke er klumpete. Partiklene må også ha riktig størrelse slik at pulveret flyter jevnt gjennom fordelingssystemet og lagene med pulver blir jevne og tette.

Det er viktig å bruke verneutstyr når en jobber med finkorna metallpulver, for pulverpartiklene er så små at de kan komme helt ned i lungene. I tillegg kan metallene i pulveret skade helsa på andre måter. For eksempel brukes det nikkel i noen typer rustfritt stål, og nikkel irriterer luftveiene, det kan forårsake kontakteksem og gjøre oss mer mottakelige for infeksjoner.

Noen metaller, som aluminium og titan, er reaktive. Det betyr at de lett kan reagere med andre stoffer, for eksempel oksygen. Reaktive metaller er spesielt utsatt i pulverform og krever ekstra forsiktighet når en 3D-printer dem.

Metall er også brukt som filament for FDM-printing. Disse filamentene består av ca 90 % metallpulver og 10 % plastmateriale. Plasten er nødvendig for å holde på pulveret og for å kunne printe deler på byggeplata. Printing av metallfilament sliter veldig mye på dysene og krever dyser av rustfritt stål. Etter printing er det nødvendig med etterarbeid: Plasten som ligger som bindemiddel, må smeltes bort, og deretter må metallpulveret smeltes sammen. Dette gjøres vanligvis i spesialovner. Dess bedre etterbehandling, dess høyere kvalitet på metalldelene som lages fra dette filamentet.

Det er viktig å lagre materialer riktig. Mange plasttyper blir sprøe over tid på grunn av eksponering for luft og lys, og pulver som blir fuktig, vil klumpe seg. Hovedregelen for lagring er å beholde materialene i originalemballasje så lenge som mulig. Det er også viktig å lære seg hvordan materialene bør lagres, og hvor raskt de bør brukes opp når emballasjen først har blitt åpna. Det er for eksempel lettere å printe med nyåpna PLA enn med PLA som stått åpen i en printer i seks måneder.

Det utvikles stadig nye materialer. Her er noen materialer for 3D-printing som gir spesielle egenskaper:

Nylon

Nylon er et sterkt og fleksibelt materiale. Det er sensitivt mot fukt og kan lett trekke til seg fuktighet.

ASA (akrylnitril-styren-akrylat-plast)

Dette materialet tilsvarer ABS (akrylnitril-butadien-styren-plast), men det har bedre varmebestandighet og UV-stabilitet.

Konduktive filamenter

Dette er filamenter som er elektrisk ledende. De kan brukes til å 3D-printe deler som har interne elektriske baner, uten å bruke ledninger.