Koji filament za 3D printer odabrati: kada ima smisla PLA, a kada TPU ili ASA

Odabir materijala za 3D ispis počinje pitanjem što gotov dio treba raditi. Ukrasni model na polici, elastični odbojnik i nosač izložen suncu nemaju iste zahtjeve. Filament koji se jednostavno ispisuje zato nije nužno odgovarajući izbor za svaki predmet.

PLA, TPU i ASA pokrivaju tri različite potrebe. PLA je praktičan za jednostavan ispis i krute modele u manje zahtjevnim uvjetima. TPU biramo kada dio treba biti savitljiv, dok ASA ima smisla za krute dijelove izložene vremenskim utjecajima i višim temperaturama.

U tvrtki 3D Trček proizvodimo filamente u Sloveniji, a u ponudi imamo standardni PLA, TPU 90A i ASA Plus. Pri usporedbi tih materijala polazimo od njihove namjene, mogućnosti pisača i uvjeta u kojima će se predmet koristiti.

Prvo odredimo uvjete upotrebe, zatim materijal

Prije nego što odaberemo filament za 3d printer, trebamo razlikovati krutost, čvrstoću i žilavost. Krutost opisuje koliko se dio opire deformaciji pod opterećenjem. Čvrstoća se odnosi na podnošenje naprezanja, dok žilavost opisuje sposobnost apsorpcije energije prije loma. Materijal koji se teško savija ne mora dobro podnositi udarce.

Važna je i temperatura. Prototip koji dobro izgleda na radnom stolu može se deformirati u zagrijanom automobilu. Za vanjski predmet moramo razmotriti sunčevo zračenje, vlagu i temperaturne promjene. Ako dio treba ublažavati kontakt ili se više puta savijati, potrebna nam je elastičnost koju standardni PLA i ASA ne pružaju na isti način kao TPU.

Svojstva gotovog dijela ovise i o konstrukciji. Debljina stijenki, broj obodnih linija, ispuna i orijentacija slojeva utječu na ponašanje pod opterećenjem. Podatak iz tehničkog lista nije automatski jamstvo da će svaki ispis postići istu vrijednost.

Kada odabrati PLA, TPU ili ASA?

1. PLA za prototipove, detalje i jednostavniji početak

PLA je dobar izbor za prve projekte jer se relativno jednostavno ispisuje i ima malo skupljanje. Prikladan je za vizualne modele, makete, organizatore i prototipove kojima provjeravamo oblik ili uklapanje. Može poslužiti i za funkcionalne predmete ako opterećenja i uvjeti upotrebe odgovaraju njegovim ograničenjima.

Njegova prednost nije samo jednostavnost. PLA je krut i omogućuje uredan prikaz detalja, pa je koristan kada trebamo provjeriti dimenzije, položaj otvora ili izgled kućišta. Ako tek razvijamo model, često je razumno prvo izraditi PLA verziju, a zatim za završni dio odabrati drugi materijal prema stvarnim zahtjevima.

Kod našeg standardnog PLA-a kao početni raspon navodimo temperaturu mlaznice od 195 do 225 °C i podloge od 40 do 60 °C. Postavke prilagođavamo brzini, protoku materijala, mlaznici i modelu. Hlađenje ispisa je preporučeno, a komoru ne treba dodatno zagrijavati jer previsoka temperatura može otežati dovod materijala.

Glavno ograničenje standardnog PLA-a jest otpornost na toplinu. U njegovim tehničkim podacima temperatura staklastog prijelaza navedena je oko 60 °C. To nije univerzalna dopuštena radna temperatura gotovog predmeta: deformacija ovisi o opterećenju, geometriji i trajanju izloženosti.

Zato standardni PLA ne bismo automatski birali za nosač uz izvor topline ili dugotrajno izložen vanjski dio. Posebne PLA formulacije mogu imati drukčija svojstva, ali podatke jedne varijante ne smijemo pripisivati svim materijalima koji nose oznaku PLA.

2. TPU kada dio treba biti elastičan

TPU je termoplastični poliuretan, materijal koji omogućuje izradu savitljivih dijelova. Razmatramo ga za zaštitne navlake, odbojnike, elastične umetke i slične predmete kod kojih je deformacija dio funkcije. Za nosač koji mora zadržati precizan položaj pod opterećenjem njegova fleksibilnost može biti nedostatak.

Naš tpu filament ima tvrdoću 90A. Oznaka se odnosi na Shoreovu ljestvicu tvrdoće, a ne na postotak savitljivosti. Dva predmeta od istog materijala mogu se ponašati različito ako imaju različitu debljinu stijenki, ispunu ili oblik.

Mekši materijal zahtijeva pažljiviji dovod kroz ekstruder. Kratak i dobro vođen put filamenta olakšava ispis, zbog čega je izravni ekstruder praktičan izbor. Bowden sustav nije automatski isključen, ali treba provjeriti podržava li konkretan pisač odabranu tvrdoću i kako vodi filament.

Za TPU 90A navodimo temperaturu mlaznice od 230 do 250 °C i podloge od 30 do 50 °C. Objavljene postavke razrađene su za Bambu Lab P1S s mlaznicom od 0,4 mm i teksturiranom PEI podlogom. Na drugom uređaju služe kao polazište, a ne kao gotov profil koji treba bez provjere preuzeti.

Posebno pazimo na vlagu jer TPU može upijati vodu i tada stvarati probleme pri ispisu. Materijal čuvamo na suhom, a postupak sušenja usklađujemo s uputama proizvoda. Veća brzina i agresivna retrakcija nisu uvijek rješenje za niti između dijelova; treba provjeriti dovod, stanje filamenta i postavke.

3. ASA za vanjske i toplinski zahtjevnije dijelove

ASA je materijal koji razmatramo kada trebamo krut predmet s dobrom otpornošću na UV zračenje i vremenske utjecaje. Primjeri su vanjska kućišta, pokrovi i nosači, uz provjeru opterećenja i uvjeta upotrebe. U usporedbi sa standardnim PLA-om bolje odgovara takvim zahtjevima.

Naš asa filament dolazi u izvedbi ASA Plus, namijenjenoj i vanjskoj upotrebi. Izbor ipak ne završava na oznaci otpornosti: moramo provjeriti geometriju, pričvršćenja, temperaturu i eventualni kontakt s kemikalijama. UV otpornost ne znači da će svaki oblik zadržati dimenzije pri bilo kojem opterećenju.

ASA zahtijeva kontroliranije uvjete ispisa od PLA-a. Temperaturne razlike mogu uzrokovati podizanje rubova s podloge i razdvajanje slojeva, osobito kod većih predmeta. Zatvorena komora pomaže održati stabilnije uvjete, a na stranici ASA Plus ne preporučujemo ispis na otvorenom pisaču.

Kao početni raspon navodimo temperaturu ispisa od 230 do 260 °C i podloge od 80 do 100 °C. Detaljne postavke ovise o uređaju i profilu, pa treba provjeriti i preporuke za prvi sloj. Jedna temperatura nije dovoljna za procjenu hoće li složen model uspjeti.

Pri ispisu ASA-e potrebno je osigurati odgovarajuće provjetravanje i kontrolu emisija, bez stvaranja propuha oko modela. Zatvorena komora stabilizira temperaturu, ali sama po sebi ne rješava kvalitetu zraka u prostoru.

Pisač i priprema mogu promijeniti odluku

Prije prelaska na zahtjevniji materijal provjerimo može li pisač održavati potrebne temperature mlaznice i podloge. Pritom provjeravamo ograničenja grijaćeg sklopa, način dovoda filamenta i preporuke proizvođača uređaja. Temperatura navedena na kolutu ne znači da je svaki pisač sigurno može koristiti.

Podlogu također biramo prema materijalu. TPU može jako prianjati na određene površine, pa je nekad potreban odvojni sloj radi zaštite podloge. Kod ASA-e je važno stabilno prianjanje i smanjenje temperaturnih razlika. Sredstvo koje odgovara jednom materijalu ili površini ne mora odgovarati drugima.

Prvi ispis zato treba biti provjera, osobito kada mijenjamo materijal ili izrađujemo funkcionalni dio. Testiramo prianjanje, dimenzije, spoj slojeva i ponašanje pod očekivanim opterećenjem. Za dijelove s otvorima, utorima ili elastičnim spojem korisnije je prvo ispisati kritični segment nego odmah cijeli predmet.

U 3D Trčeku uz pojedine proizvode objavljujemo preporučene postavke i profile ispisa, koje treba prilagoditi konkretnoj konfiguraciji pisača. Time dobivamo početnu točku za podešavanje, dok konačnu potvrdu daje ispis i provjera namjene.

Kako donijeti odluku bez nepotrebnih pokušaja?

Prije narudžbe ili pripreme modela usporedimo nekoliko pitanja koja izravno utječu na izbor:

• Treba li dio biti krut ili savitljiv? Za prikaz oblika i krute modele razmatramo PLA, a za elastične umetke i odbojnike TPU.

• Gdje će se koristiti? Za dugotrajnu vanjsku izloženost razmatramo ASA-u, uz provjeru temperature, opterećenja i načina pričvršćivanja gotovog dijela.

• Što pisač podržava? Provjeravamo temperature, komoru, ekstruder i podlogu. Izbor materijala mora odgovarati opremi, a ne samo željenim svojstvima predmeta.

• Kako je dio konstruiran? Orijentaciju slojeva, stijenke i ispunu prilagođavamo smjeru opterećenja te željenoj krutosti ili savitljivosti, umjesto da mijenjamo samo filament.

• Što treba ispitati? Prije pune izrade provjeravamo kritične dimenzije, elastičnost, spoj slojeva i ponašanje uz očekivanu temperaturu te stvarno opterećenje.

Za probno kućište koje ostaje u zatvorenom prostoru PLA može biti najjednostavniji izbor. Ako istom sklopu treba elastični odbojnik, taj dio izrađujemo od TPU-a. Kada kućište premještamo na otvoreno, ponovno procjenjujemo zahtjeve i razmatramo ASA-u. Materijal biramo za funkciju svakog dijela, bez očekivanja da jedan kolut riješi sve zadatke.