Raksti
CF (oglekļa šķiedras) pildījuma plastmasās problēmas
Oglekļa (vai stikla) šķiedras pildījuma jeb CF (carbon filled) izmantošana stieples (filament) 3D drukas materiālos ir viena no populārākajām pēdējo gadu nosliecēm 3D printēšanā gan "mājas" 3D drukā, gan daudzu 3D ražošanas kompāniju piedāvājumā. Printēšanas materiālu ražotāji reklamē šādus papildinātus materiālus kā stiprākus vai izturīgākus nekā to "tīrās" versijas. Protams, arī maksā tie dārgāk, un to drukai parasti nepieciešamas speciālas sprauslas. Taču zpētot šos materiālus rūpīgāk ar modernajām pētniecības tehnoloģijām, atklājas visai nepatīkama aina.
Tehnoloģijas būtība
Tehnoloģiskais 3D printēšanas stieples izgatavošanas process ir sekojošs, - noteikta materiāla stieplē tiek iekausēti oglekļa, stikla (vai cita) materiāla mikroskopiskas šķiedras, kas ir desmitiem reižu plānākas kā cilvēka mats. Šīs šķiedras tālākajā 3D drukas procesā izplatās pa nodrukātajiem kausētā materiāla slāņiem, mainot tā mehāniskās īpašības.
Ko parāda pētījumi
Oglekļa šķiedras nepielīp pie izkausētā PLA vai PETG materiāla, veidojot tukšu slāni starp sevi un drukas materiālu, kā arī veido vakuuma burbuļus šķiedras galos, kas kopumā tikai pavājina nodrukātās detaļas izturību. Pēc drukas šīs šķiedras faktiski paliek kā atsevišķi svešķermeņi pamatmateriālā, nevis veido viendabīgu kompozītu, tāpēc tās nepastiprina kopējo molekulāro struktūru. Tāpat šķiedras reti iziet starp drukas slāņiem, tāpēc dabisko drukas materiāla starpslāņu sasaisti nepastiprina.
Sekojošos CT skenējumu attēlos ļoti lielā pietuvinājumā redzamas šķiedras materiālā un iepriekš aprakstītās nianses:
Protams, ka šķiedru esasmība plastmasā atseviškos aspektos ietekmē tās izturību vai elasību, pārņemot daļu slodzes, taču, tā kā šķiedras parasti nostājas paralēli drukas virzienam, papildus stiprība nav vienveidīga visos virzienos. To apstiprina arī klasiskie salīdzinošie 3D drukātu detaļu stiprības testi, kurus katrs var veikt pats ar minimālu aprīkojumu. Vairums slodzes testu rezultāti parāda, ka tīrs materiāls ir 15-20% stiprāks, kaut arī atsevišķos stresa slodzes virzienos atkarībā no drukas ģeometrijas ar šķiedrām papildināta plastmasa ir par 10-15% izturīgāka.
CF/GF pildījums ir kaitīgs veselībai
Šobrīd visbiežāk izmantotajos tehnoloģiskajos šķiedras pievienošanas procesos stieples plastmasām šķiedra mēdz palikt stielpes ārpusē pēc drukas, tātad tā var nolūzt un atdalīties no drukamateriāla, saskaroties ar cilvēka drēbēm vai ādu. Tā kā šķiedra un tās atlūzas ir mikroskopiskas (ar aci neredzamas) un ļoti asas, tās var gan iedurties un palikt ādā, izraisot ādas alerģijas (apsārtumus, izsitumus utt.), gan arī tikt ieelpotas un pat nonākt asinsritē, potenciāli izraisot bojājumus.
Lai novērstu vai mazinātu šķiedras ietekmi uz ādu un iekšējiem orgāniem, saskaroties ar šiem drukas materiāliem, ieteicams vismaz izmantot lateksa vai citus cimdus un respiratoru. Ja āda, atjaunojoties un atdaloties vecajiem ādas plēksnēm, attīrīsies pati, tad šķiedras, kuras nokļuvušas iekšējos orgānos vai asinsritē, var netikt izvadītas nekad.
Gatavos 3D drukātos produktus no materiāliem, kas papildināti ar oglekļa vai stikla šķiedrām, vēlams pārklāt ar līmes, krāsas vai lakas aizsargslāni, kas notur šķiedras uz detaļas virsmas.
Attēlā redzama cilvēka āda lielā pietuvinājumā ar iedūrušiem oglekļa šķiedras gabaliem:
Secinājumi
Pētījumu rezultāti un CT skenējumi skaidri pierāda, ka oglekļa/stikla šķiedras pastiprinātais PLA/PETG un citi līdzīgi drukas materiāli, kas drukājot nesakūst ar šķiedrām, veidojot kompozītu, patiesībā nav tik izturīgs kā PLA/PETG utt. bez šīm piedevām. Labākas alternatīvas stiprības palielināšanai ir izturīgākas plastmasas, - ASA, ABS, PC, PEEK un citi "speciālizētie" drukas materiāli.
Autors:
https://www.youtube.com/watch?v=_VbOSbOZG1Y
https://www.youtube.com/watch?v=m7JAOi4JnBs
Citi avoti: