Kúzlo flexibilných materiálov a Shore stupnice
Ako začínajúceho tlačiara na 3D tlačiarni vás prvé kroky pravdepodobne zaviedli k filamentom ako je PLA, ABS alebo ASA. Tlačí sa s nimi napospol jednoducho a majú praktické vlastnosti. Ale skôr alebo neskôr určite začnete narážať na pojem flexibilné materiály – jedná sa o pružné filamenty, s ktorými sa vám otvoria nové možnosti využitia. O týchto filamentoch kolujú povesti, ktoré by mohli nejedného fanúšika 3D tlače odradiť. Tlač s nimi môže byť náročnejšia, nebývajú preto vhodné pre začiatočníkov. Niekedy je potrebné upravovať nastavenia tlačiarne, aby sa prispôsobilo potrebám filamentu. A začiatky občas končí neúspechom. Ale verte, že by bola škoda nechať flexibilné filamenty schované v šuplíku a pripraviť sa tak o ich kúzlo. Pretože tieto materiály spájajú dve základné vlastnosti: sú pružné a pevné zároveň. Mieru pružnosti určuje Shore stupnica, ku ktorej sa dostaneme neskôr, ale pokiaľ ste nedočkavý, viac o nej nájdete tu.
Zázrak menom flexibilný filament
Stačí sa poobzerať okolo seba a hneď si uvedomíte, aké časté využitie má gumový materiál. Či už u praktických vecí v domácnosti, tak v priemyselnej oblasti. S flexibilnými materiálmi môžete tlačiť rôzne prototypy, vzorové formy, rozmanité tesnenia a kryty, pneumatiky pre RC modely alebo napríklad drobné upgrady k tlačiarňam ako sú gumové nožičky. Všetky tieto produkty spájajú rovnaké požiadavky – majú byť do určitej miery pružné, ohybné a tvárne, ale zároveň aj odolné proti mechanickému poškodeniu.
Najskôr trochu teórie
Na trhu s filamentmi narazíte hlavne na dva názvy – TPE a TPU. Skratka TPE pod sebou skrýva názov pre materiál termoplastický elastomér (niekedy sa môžete stretnúť s názvom termoplastický kaučuk), skratka TPU sa používa pre termoplastický polyuretán. Filament TPE je vlastne nadradená skupina, pod ktorou spadá materiál TPU. Tieto materiály sú vyrábané kombináciou tvrdých plastických polymérov (čo môže byť napríklad materiál PP - polypropylén, PA - polyamid alebo PU - polyuretán) a mäkkých materiálov (napríklad polyether).
Možno by vás zaujímalo, v čom tkvie kúzlo takej dobrej ohybnosti pri flexibilných materiáloch. Odpoveďou je skvelá priľnavosť jednotlivých vrstiev. Vďaka tomu môžu byť modely vytlačené z týchto materiálov pružné a nedochádza tam ľahko k rozlomeniu ako pri ostatných neflexibilných materiáloch.
Kde všade sa s flexibilnými materiálmi stretneme?
Najčastejšie používaný materiál TPU si našiel svoje uplatnenie v rôznorodých oblastiach. Jednou z najrozšírenejších bude pravdepodobne automobilový priemysel, a to aj vďaka tomu, že je vysoko odolný proti oleju aj iným chemickým látkam. V priemysle naň narazíte pri výrobe rôznych ochranných obalov, pomôcok a tlmičov vibrácií i nárazov. S TPU sa stretneme aj pri každodenných činnostiach, môžu byť z neho napríklad vyrobené náramky k hodinkám. Ďalšími oblasťami, kde si svoje využitie nájde, je športový tovar alebo napríklad v chirurgii.
Prečo zaradiť flexibilné materiály medzi svojich obľúbencov?
Pružnosť u flexibilných materiálov oceníte pri tlači rôznych praktických vychytávok, ale aj výtlačkov, ktoré využijete v rámci svojho koníčka. Všetkých nadšencov RC modelov určite nadchne filament špeciálne určený pre tlač pneumatík RC modelov od značky TreeD Filaments.
Medzi výhodami TPE alebo TPU patrí už tak často spomínaná ohybnosť, ale nie je to jediný klad, ktorým vás môže tento materiál nadchnúť. Posúďte sami:
- je mäkký
Vďaka svojej pružnosti s ním môžete ľahko ohýbať, naťahovať ho.
- zachová si svoj pôvodný tvar
V prípade, že sú výtlačky vo vhodnom prostredí, dokážu si po dlhú dobu zachovať svoj pôvodný tvar.
- minimálne zmrštenie a deformácia
Pri tlači sa nemusíte báť vysokého percenta zmrštenia aj deformácii.
- odolnosť proti nárazu a chemikáliám
Výtlačky sú vysoko odolné proti mechanickému nárazu a pôsobeniu chemikálií.
- tlmí vibrácie a nárazy
Vďaka schopnosti tlmiť vibrácie a nárazy je tento materiál ideálny na výrobu súčiastok do rôznych prístrojov.
Ale aby sme boli spravodliví, nájdu sa aj tienistejšie stránky:
Pri tlači môže dochádzať o niečo častejšie k tzv. stringovaniu alebo odkvapkávaniu filamentu z trysky (v tlačiarenskom slangu by ste sa mohli stretnúť aj s pojmom "chlpatá tlač"). Prejavuje sa to tým, že už na vytlačenom modeli priľnú drobné časti filamentu (väčšinou je to spôsobené tým, že z trysky stále vyteká filament, aj keď sa extruder presúva na inú polohu). |
 |
Flexibilný materiál je potrebné tlačiť pomerne pomaly, v opačnom prípade by mohlo dôjsť k upchatiu trysky, ktorá sa prejaví nekonzistentným prúdením filamentov, a to sa hneď odrazí aj na vzhľade výtlačku. |
 |
- je hygroskopický
TPU/TPE patrí medzi materiály, ktoré sú viac náchylnejšie na nasiaknutie vlhkosti z okolitého prostredia. Bude teda nutné klásť väčší dôraz na správne skladovanie filamentu. O tom, ako mať správne filament uložený a ako ho vysušiť, pokiaľ už dôjde k jeho zvlhnutiu, sa môžete dozvedieť viac v tomto článku.
- vyžaduje špeciálne nastavenie tlačiarne
Flexibilné materiály majú špecifické vlastnosti a tie vyžadujú aj špecifické nastavenie tlačiarne. Obzvlášť pokiaľ sa s ním chystáte tlačiť prvýkrát, budete sa asi musieť s ideálnym nastavením tlačiarne trochu pohrať.
- ťažšie postprocesing
Následná úprava výtlačkov môže byť o niečo zložitejšia ako pri ostatných nepružných materiáloch.
- tlač pri nižšej rýchlosti
Tlačiť by sa malo pri nižšej rýchlosti, čo ide ruka v ruke s celkovo dlhším časom tlače.
- ťažšia tlač s podperami
Pokiaľ sa chystáte tlačiť model, kde niektoré časti budú vyčnievať a nebudú priamo nadväzovať na predchádzajúcu vrstvu, je potrebné pridať k modelu podpery. Čo by v prípade flexibilných materiálov mohla byť komplikácia.
Shoreova stupnica tvrdosti
Napriek tomu, že táto stupnica bola vynájdená už okolo roku 1920, používa sa dodnes. Vynašiel jej američan Albert Ferdinand Shore, podľa ktorého si zaslúžila aj svoje pomenovanie. Stupnica ukazuje mieru odolnosti voči mechanickému stlačeniu čiže ako veľmi je konkrétny materiál tvrdý, a ako veľmi veľké úsilie je potrebné na to, aby došlo k jeho stlačeniu. Je to dôležitý ukazovateľ v prípade, že sa rozhodujete vybrať si vhodný materiál na tlač funkčného modelu.
Tvrdosť sa meria pomocou tvrdomeru, ktorým sa zatláča gulička, kužeľ alebo ihlan do materiálu a posudzuje sa, aký veľký odpor voči tomu musí materiál vytvoriť. Vďaka tejto skúške môžete porovnávať tvrdosť pri rôznych materiáloch. Tvrdosť Shore je hodnotená na medzinárodnej stupnici tvrdosti gumy od 0 do 100, pričom platí, že čím vyššie číslo, tým väčšia tvrdosť. Ale aby to nebolo také jednoduché, existujú rôzne stupnice tvrdosti:
- Shore 00 meria materiály ako sú peny, gély a veľmi mäkké gumy
- Shore 0 meria mäkké až stredné gumy a mäkké plasty
- Shore A meria gumy na odlievanie
- Shore B meria gumy a plasty strednej triedy (je to vhodné meradlo, pokiaľ pracujete s rôznymi materiálmi)
- Shore C meria od stredných gumy až po tvrdé plasty
- Shore D meria tvrdé gumy, polotuhé plasty a tvrdé plasty
Príkladom môžu byť tesniace krúžky, pri ktorých je dôležité, aby boli dostatočne pružné, ale zároveň aj pevné. A to v rôznom pomere v závislosti od typu materiálu produkty, ktorý chceme tesniť. Mäkší materiál je najvhodnejší na utesnenie drsných povrchov, pretože jeho pružnosť a tvárnosť zaistí, že sa dokáže prispôsobiť nerovným oblastiam a umožňujú presné utesnenie. Tvrdší materiál poskytuje väčšiu odolnosť proti mechanickému poškodeniu, ale zase ponúkajú menšiu flexibilitu, čo z neho robí najlepšiu voľbu pre utesnenie aj oblastí, ktoré sú vystavené vysokému tlaku. Tvrdé materiály, ako je polyuretán, sa používajú na hydraulické tesnenia a dobré meradlo na ich meranie by bolo Shore C alebo D.
Pokiaľ budete potreba prevádzať medzi rôznymi stupnicami tvrdosti, skvele vám k tomu poslúži táto tabuľka:
Shore stupnice - zdroj: https://www.totallyseals.com
Často používaná stupnica tvrdosti Shore A sa zameriava na všeobecne mäkšie a pružnejšie materiály. Stupnica udáva, či sú konkrétne materiály extrémne mäkké alebo tuhšie. Okrem mäkkých gumí sa dá na tejto stupnici aj testovať polotuhé plasty (s vyššími výsledkami).
Príklady zo stupnice Shore A:
Tvrdosť 10A Shore: jedná sa o extrémne mäkký materiál, ktorý má ale tú nevýhodu, že sa rýchlo opotrebováva.
Tvrdosť 20A Shore: filament s týmto shore skóre sa hladko vytláča, ale jeho odolnosť nie je stále príliš vysoká.
Tvrdosť 40A Shore: materiál je o niečo viac odolnejší, než sú materiály s nižším Shore stupňom. Jeho využitie je ideálne pre modely, na ktoré nie je kladený príliš veľký mechanický tlak. Tvrdosť je podobná gume na ceruzke.
Tvrdosť 70A Shore: tento materiál kombinuje skvele pružnosť a pevnosť.
Tvrdosť 90A Shore: materiál, ktorý odolá väčšiemu tlaku. Majú dlhšiu životnosť a využiť ich môžete v dynamických aplikáciách.