TPE против TPU-филамента: выбор подходящего гибкого материала для 3d печати

Когда вам нужно напечатать на 3D-принтере детали, которые гнутся, растягиваются или поглощают сильные удары, стандартные жесткие пластики, такие как PLA или PETG, не подойдут. Именно поэтому производители обращаются к гибким филаментам, таким как TPE и TPU. Чтобы понять разницу, сначала нужно рассмотреть их взаимосвязь. У нас уже была статья про твёрдость tpu, теперm мы разберём более практический аспект 3д печати и рассмотрим какие вариации гибких материалов есть ещё.

Термопластичные эластомеры (ТПЭ) — это широкое семейство материалов, сочетающее в себе эластичные свойства резины с характеристиками плавления и обработки пластика. Термопластичный полиуретан (ТПУ) не является отдельным конкурентом ТПЭ, а представляет собой специфическое, более жесткое подвидовое соединение в рамках этого же семейства. Оба типа отлично подходят для создания деталей, ударопрочных, водонепроницаемых и обладающих высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям и ультрафиолетовому излучению.

Итак, чем же они отличаются на печатной платформе и в реальных условиях эксплуатации? Филаменты, продаваемые под общим названием TPE, традиционно мягче, легче и на ощупь напоминают настоящую резину. Однако их чрезвычайная гибкость делает их менее стабильными по размерам под нагрузкой и более сложными в печати. ​​TPU, с другой стороны, более жесткий и прочный, что означает превосходную износостойкость. Что наиболее важно для разработчиков, жесткость TPU значительно упрощает успешную 3D-печать, делая его предпочтительным выбором для функциональных и долговечных изделий.

Что такое ТПЭ? (Термопластичный эластомер)

Термопластичные эластомеры (ТПЭ) — это широкое семейство материалов, которые ведут себя как резина, но обрабатываются как пластик. Благодаря своим резиноподобным свойствам они могут изгибаться, сжиматься и возвращаться к своей первоначальной форме. Это делает их хорошо подходящими для применений, где важны комфорт, сцепление и контролируемая деформация под нагрузкой. ТПЭ также являются общей категорией, включающей такие подтипы, как ТПУ, ТПА и ТПК.

С точки зрения материальных свойств, термоэластопласт (ТЭФ) обладает хорошей ударопрочностью, превосходным гашением вибраций, высокой усталостной прочностью, а также неплохой химической стойкостью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Он также демонстрирует хорошие эксплуатационные характеристики в широком диапазоне температур (от -30 до +140 °C) и подлежит вторичной переработке.

С другой стороны, его чрезвычайная мягкость делает его крайне сложным для 3D-печати, часто требуя более низких скоростей печати, экструдера с прямым приводом и тщательно настроенных параметров для предотвращения деформации, недостаточной экструзии и застревания.

К распространенным областям применения относятся:

• Эргономичные рукоятки и захваты
• Прокладки и уплотнения
• Амортизирующие подошвы обуви
• Амортизация медицинского оборудования
• Защитная накладка для спортивного оборудования

Что такое TPU? (Термопластичный полиуретан)

Термопластичный полиуретан (ТПУ) — это блок-сополимер, состоящий из чередующихся последовательностей жестких и мягких сегментов. Это наиболее широко используемый гибкий материал в 3D-печати, поскольку он сочетает в себе гибкость и прочность. Эта характеристика делает его подходящим для функциональных применений, где требуются как долговечность, так и эластичность.

Этот материал обладает высокой устойчивостью к истиранию, ударам и износу, а также к маслам, смазкам и многим химическим веществам. Следовательно, ТПУ используется как для функциональных прототипов, так и для готовой продукции.

К распространенным областям применения относятся:

• Чехлы для телефонов,
• Обувь и подошвы обуви
• Автомобильные виброгасители, уплотнения и трубки
• Спортивное оборудование
• Медицинские изделия, такие как трубки и защитное оборудование.
• Промышленные компоненты

Прямое сравнение: TPE против TPU

*Обратите внимание, что для твердости по Шору нет четких определений для ТПЭ и ТПУ, но материалы обычно попадают в эти диапазоны.

Когда следует использовать тот или иной метод?

Если вам необходимо, выбирайте TPE:

• Очень мягкое, резиноподобное поведение.
• Максимальная гибкость и эластичность
• Высокоэффективное гашение и смягчение вибраций
• Приложения, ориентированные на комфорт или обладающие мягким тактильным ощущением.

Если вам необходимо, выберите ТПУ:

• Баланс гибкости, прочности и долговечности.
• Повышенная износостойкость и устойчивость к истиранию
• Более стабильная работа функциональных компонентов.
• Более надежная и стабильная 3D-печать
• Области применения, требующие многократных механических нагрузок и долговечности.

Как печатать филаментами TPE и TPU

Для успешной печати гибкими филаментами необходима настройка оборудования и параметров слайсера. При использовании TPE обязательным является экструдер с прямым приводом. Попытка протолкнуть сверхмягкий TPE через длинную трубку Боудена подобна попытке протолкнуть мокрую лапшу через соломинку; филамент застрянет внутри трубки задолго до того, как достигнет сопла. Что касается TPU, то экструдер с прямым приводом настоятельно рекомендуется, но иногда он может работать и с хорошо настроенным экструдером Боудена.

Следует помнить, что, хотя печать гибкими филаментами расширяет возможности вашего 3D- принтера, она требует определенного обучения. Поскольку эти материалы ведут себя как резина, их обычно рекомендуют опытным пользователям, умеющим точно настраивать свои машины.

К наиболее распространенным проблемам относятся чрезмерное образование нитей, плохое качество печати мостиков и внезапное засорение сопла. Хуже того, если эластичная нить встречает слишком большое сопротивление в хотэнде , она быстро деформируется и запутывается внутри шестеренок экструдера. Существует также риск повреждения оборудования: гибкая нить может навсегда прилипнуть к гладким PEI-пластинам или стеклянным рабочим пластинам, отрывая куски от поверхности печати при удалении.

Чтобы избежать этих проблем, следуйте этим основным рекомендациям по печати гибкими филаментами:

• Снизьте скорость: уменьшите скорость печати до умеренных 20–30 мм/с. Высокие скорости создают противодавление в сопле, из-за чего гибкий материал выходит через боковые стороны шестерен привода экструдера.
• Ослабьте натяжение винта натяжного ролика экструдера: ослабьте натяжение винта натяжного ролика экструдера. Вам нужно лишь достаточное усилие, чтобы плавно проталкивать нить. Если шестерни затянуты слишком сильно, мягкий материал деформируется и заклинит.
• Отключите или сведите к минимуму втягивание нити: полностью отключите втягивание или сведите его к минимуму (1–2 мм). Постоянные циклы втягивания и вытягивания растягивают нить и приводят к ее немедленному запутыванию вокруг приводной шестерни.
• Используйте средство для отделения деталей от рабочей платформы: вы можете нанести слой клея-карандаша или каптоновой ленты на гладкую поверхность PEI или стеклянной платформы. В этом случае клей служит защитным барьером, позволяющим безопасно отделить напечатанную деталь, не повредив рабочую платформу.
• Держите нить сухой: гибкие материалы обладают высокой гигроскопичностью, то есть быстро впитывают влагу из воздуха. Всегда просушивайте нить перед печатью, чтобы избежать образования пузырьков, потрескиваний и подтекания.
• Настройте температуру: попробуйте повысить температуру сопла примерно на 5 °C выше вашей обычной настройки, чтобы уменьшить внутреннее сопротивление плавлению, и полностью выключите вентилятор охлаждения печати, чтобы обеспечить надлежащее сцепление слоев.

Приобретение гибкой нити

При выборе гибких филаментов ориентироваться в описаниях товаров может быть непросто, поскольку ТПУ является подтипом более широкого семейства ТПЭ. Чтобы понять, что именно вы покупаете, ищите показатель твердости по Шору в технических характеристиках. Чем выше число, тем тверже материал, поэтому имейте это в виду:

• Если указано 95A: это стандартный ТПУ, независимо от того, написано ли на коробке TPE. Он будет полугибким, очень прочным и относительно простым в печати.
• Если указано 85A или ниже: это либо настоящий сверхмягкий термоэластопласт (TPE), либо сильно модифицированный гибридный термополиуретан (TPU) премиум-класса. Этот материал будет вести себя как резина и потребует установки с прямым приводом.

Разбивка затрат: стандартные и специализированные препараты

Разница в цене между TPE и TPU обусловлена ​​масштабами производства и потребительским спросом. Среди известных компаний, производящих эти филаменты, можно назвать Ninjatek, Fillamentum, Recreus, Polymaker, SainSmart и Overture.

• Цена на ТПУ: Стандартный ТПУ 95А стал массово производимым товарным пластиком. Благодаря высокой степени стандартизации химического состава при производстве, стандартная 1-килограммовая катушка ТПУ очень доступна по цене, часто почти наравне со стандартными ПЭТГ или ПЛА. Стоимость катушек может варьироваться от 20 до 80 долларов в зависимости от характеристик материала. Часто их можно найти по цене около 30 долларов.
• Ценообразование на ТПЭ: Действительно, сверхмягкие нити из ТПЭ сложнее экструзиворуть в однородные линии, и они предназначены для более узкого, промышленного рынка. Поэтому ТПЭ часто продаются в небольших катушках по 0,5 кг. В пересчете на грамм настоящий ТПЭ может стоить вдвое дороже, чем ТПУ начального уровня. Некоторые варианты в катушках по 0,5 кг стоят около 40 долларов.

Окончательный вердикт

TPE и TPU — это тесно связанные между собой гибкие материалы, но они не взаимозаменяемы. TPE представляет собой более широкое семейство сверхгибких, резиноподобных эластомеров, оптимизированных для мягкости и комфорта, в то время как TPU — это более совершенный материал в этом семействе, разработанный для долговечности, износостойкости и надежной работы в реальных условиях.

На практике выбор сводится к компромиссу между мягкостью и возможностью печати, с одной стороны, и прочностью и надежностью, с другой. TPE обеспечивает максимальную эластичность и ощущение настоящей резины, но его сложнее обрабатывать, и он обладает меньшей стабильностью размеров. TPU обеспечивает более контролируемую гибкость со значительно улучшенной возможностью печати и повышенной механической прочностью.

Простое эмпирическое правило: если вы новичок в работе с гибкими филаментами или вам нужны функциональные и долговечные детали, начните с ТПУ . Если же вам абсолютно необходимы максимальная эластичность, мягкость и амортизация, как у резины, то смело осваивайте ТПЭ .

*Фотографии на обложке предоставлены: JAYO (слева), CC3D (справа).

Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.

По всем вопросам обращаться (круглосуточно):

телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

вк — https://vk.com/3d_krd_123

группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

Наши ресурсы:

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd

теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123