PA6-GF15

Stiklo pluoštu sustiprinta PA6 medžiaga

PA6-GF15 – tai atsparus karščiui, stiklo pluoštu sustiprintas nailonas (PA6), skirtas profesionaliam 3D FDM spausdinimui. Ši medžiaga pasižymi itin dideliu atsparumu trinčiai, dideliu mechaniniu tvirtumu, šilumos bei cheminiu atsparumu, todėl puikiai tinka pramoninėms detalėms, veikiamoms apkrovų ir aplinkos poveikio.

PA6-GF15 medžiagos struktūroje yra 15 % smulkinto stiklo pluošto, kuris sustiprina poliamido matricos standumą, kartu sumažindamas deformacijų riziką 3D spausdinimo metu. Ši medžiaga turi mažesnę drėgmės įgertį, lyginant su įprastais poliamidų variantais, todėl užtikrinamas matmenų stabilumas 3D spausdinimo metu.

Karuselinės skirstymo linijos dalis. 3D spausdinimo technologija: 3D FDM | Medžiaga: PA6-GF15 | Matmenys: 430 x 210 x 150 mm. (©WRYEDGE nuotrauka)

Dėl šių savybių PA6-GF15 medžiaga puikiai tinka didesnio mechaninio ir temperatūrinio atsparumo reikalaujantiems prototipams, funkcinėms detalėms bei pramonei skirtoms tvirtinimo sistemoms.

PA6-GF15 medžiagos gamybos procesas

PA6-GF15 yra kompozitinė medžiaga, sudaryta iš PA6 (poliamido) polimero, sustiprinto stiklo pluošto dalelėmis. Kaip ir visų sudėtinių medžiagų, gamybos procesas vyksta keliais etapais, kurių kiekvienas svarbus galutinėms medžiagos savybėms užtikrinti: nuo pluošto paruošimo iki dvigubos ekstruzijos.

Šios medžiagos gamyboje taikoma Smart FRT (angl. Smart Fiber Reinforced Technology) technologija, kurios metu stiklo pluošto dalelės tolygiai paskirstomos per visą poliamido matricą. Šios dalelės formuoja vidinį tinklo karkasą, kuris:

✅ perima mechaninę apkrovą,
✅ sumažina vidines įtampas,
✅ pagerina šiluminį stabilumą,
✅ sumažina deformacijų riziką 3D spausdinimo metu.

I etapas: stiklo pluošto paruošimas

PA6-CF15 medžiagai naudojamas iš anksto susmulkitas stiklo pluoštas, kur dalelių ilgis dažniausiai svyruoja tarp 100–300 µm, o skersmuo – 6–8 µm. Toks dalelių dydis parinktas neatsitiktinai, o tam kad būtų išlaikyta pusiausvyra tarp tinkamų medžiagos mechaninių savybių ir sklandaus 3D spausdinimo proceso užtikrinimo (išlyditos medžiagos pratekėjimo per 3D spausdintuvo antgalį). Kuo ilgesnės stiklo pluošto dalelės – tuo geresnės atspausdinto objekto mechaninės savybės, tačiau tuo pačiu padidėja spausdinimo proceso sudėtingumas bei įrangos nusidėvėjimas.

II etapas: PA6 ir stiklo pluošto maišymas

Stiklo pluošto dalelės maišomos su PA6 medžiagos granulėmis specialiu itin aukštai temperatūrai pritaikytu, dviejų sraigtų ekstruderiu, naudojant procesą, vadinamą plastiko kompaundavimu. Šio proceso metu pasiekiamas vienodas stiklo pluošto paskirstymas PA6 matricoje. Be to, dažnai šio proceso metu, papildomai naudojami dispersiniai agentai ir kiti rišikliai, kurie pagerina stiklo pluošto dalelių sukibimą su PA6 medžiagos struktūra, taip padidinant galutinės medžiagos vientisumą.

II etapas: dviguba ekstruzija

Gautas homogenizuotas mišinys paduodamas į dvigubos ekstruzijos (koekstruzijos) sistemą, kurioje naudojami du atskiri srautai: vienas – grynos PA6 granulės, skirtas išoriniam sluoksniui (angl. skin), kitas – PA6 su stiklo pluoštu – vidiniam sluoksniui (angl. core). Tokiu būdu formuojama dviejų sluoksnių medžiaga (filamentas), kurio išorė yra švaresnė ir lengviau spausdinama, o vidus – tvirtesnis. Galutinis skersmuo kalibruojamas (1.75 mm arba 2.85 mm), o ekstruzijos temperatūra siekia iki 300 °C priklausomai nuo konkrečios PA6 formulės ir stiklo pluošto koncentracijos. Po ekstruzijos, medžiaga yra staigiai atvėsinama, kad būtų užfiksuota stiklo pluošto padėtis ir kristalizacijos fazė.

Orientuotos stiklo pluošto dalelės PA6-GF15 medžiagos (filamento) viduje. (© WRYEDGE nuotrauka)

Šioje makro nuotraukoje puikiai matomas PA6-GF15 (PA6 su 15 % stiklo pluošto) medžiagos skerspjūvis su kompozitinės medžiagos struktūra ir išsidėstymu. Itin aiškiai matomos smulkios, orientuotai pasiskirsčiusios stiklo pluošto dalelės – tai pagrindinis šios medžiagos armuojantis komponentas. Akivaizdu, kad pluoštas yra gerai integruotas į PA6 matricos struktūrą – tai rodo tinkamą mišinio homogenizavimą medžiagos gamybos metu.

Svarbus faktorius – stiklo pluošto dalelių orientacija spausdinimo metu. Dėl kompaundavimo proceso (kai stiklo pluoštas maišomas su PA6) etapo, stiklo pluošto dalelės dažniausiai orientuojasi ekstruzijos kryptimi.

3D spausdinimas su PA6-GF15 medžiaga

PA6-GF15 yra inžinerinio lygio medžiaga, todėl spausdinimas su ja reikalauja šiek tiek daugiau patirties ir tinkamai parinktų 3D spausdintuvo parametrų. Dėl sudėtyje esančių stiklo pluošto dalelių medžiaga tampa standi (labiau “stikliška”) ir pakankamai atspari šilumai, tačiau ši medžiaga yra hidroskopiška ir turi abrazyvinių dalelių. Dirbant su šia medžiaga, rekomenduojama dėvėti pirštines.

Parametras	Vertė / Pastabos
*Ekstruderio (angl. nozzle) temperatūra*	280–320 °C
Darbo stalo temperatūra	80–110 °C
Ekstruderio dydis \| medžiaga	0.4–1.0 mm \| įrankinis plienas, HRC 60–65
Darbo stalo pagrindo tipas	PEI ir PVP klijų sluoksnis
3D spausdinimo greitis	30–120 mm/s (optimalus: 50–70 mm/s)
*3D modelio užpildymo (angl. infill) tankis*	Pasirinktina \| 90 % (testuose)
Užpildymo kampas	±45°
Raft atskyrimo atstumas	0.18–0.20 mm
*Atitraukimo (angl. retraction) atstumas*	1–3 mm
Atitraukimo greitis	1800–3600 mm/min
Medžiagos džiovinimas prieš spausdinimą	Rekomenduojama 60–70 °C, 4–6 val.
*Palaikymo medžiaga (angl. support)*	HIPS \| Modifikuotas HIPS (rekomenduojama)

PA6-GF15 sluoksnių mikrostruktūra

PA6-GF15 (nailono su 15 % stiklo pluošto užpildu) makrofotografijoje aiškiai matomas sluoksnių išsidėstymas, kuris parodo šios medžiagos sluoksnių išsidėstymą ir gautą paviršiaus kokybę. Vizualiai pastebimi labai tolygūs, tvarkingi sluoksniai, o tai rodo stabilius spausdinimo parametrus ir gerą medžiagos susiliejimą tarp sluoksnių.

Stiklo pluošto dalelės šioje medžiagoje yra smulkios, tačiau ne tokios vizualiai ryškios kaip anglies pluošto atveju (ABS-CF20 ir kituose anglies pluošto turinčiose medžiagose). Jos yra tolygiai pasiskirsčiusios per visą medžiagos tūrį, todėl paviršius atrodo vientisesnis ir švelnesnis. Tačiau ši išvaizda nereiškia, kad paviršius yra mažiau tvirtas – priešingai, stiklo pluoštas suteikia papildomo standumo ir formos stabilumo net esant aukštesnei temperatūrai.

PA6-GF15 medžiagos (filamento) sluoksnių išsidėstymas. (© WRYEDGE nuotrauka)

Nuotraukoje matosi geras sluoksnių sukibimas be aiškių defektų. Tai rodo, kad naudojant optimalią spausdinimo temperatūrą (rekomenduotinos ribos 280–320 °C, o mūsų modelis spausdintas 300 °C) ir tinkamą medžiagos džiovinimą prieš spausdinimą, galima pasiekti puikų galutinį rezultatą. Paviršiaus faktūra išlieka homogeniška, o sluoksnių kraštai – taisyklingi, be atšokusių ar atsiskyrusių zonų.

Bendrai vertinant, PA6-GF15 detalės paviršius iš arti rodo labai gerą sluoksnių adheziją XY plokštumoje, tvirtą skaidulų integraciją į poliamido matricą ir tipišką techninio tipo paviršių, kuris puikiai tinka funkcinėms, o ne estetinėms reikmėms.

Vienas iš svarbiausių aspektų vertinant 3D spausdintą komponentą – tai sluoksnių sukibimas Z kryptyje, t. y. vertikalioje ašyje, kuri dažniausiai tampa silpniausia vieta. PA6-GF15 pasižymi geresniu nei įprasto nailono (PA6 ar PA12) sluoksnių sukibimu Z kryptyje, nes stiklo pluoštas veikia kaip mikroarmatūra, kuri, net jei orientuota sluoksnio kryptimi (nedidelė dalis pluošto yra orientuota chaotiškai), padeda sumažinti deformaciją, laminavimosi riziką ir pagerina termoforminį stabilumą.

Taip pat PA6-GF15 turi mažesnį polinkį susitraukti (angl. warping) nei įprastos PA6 ar P12 medžiagos, nes stiklo pluoštas “užrakina” formą net detalės atvėsimo metu. Tai lemia geresnį sluoksnių geometrinį stabilumą bei išlaikytą paviršiaus struktūrą.

PA6-GF15 higroskopinės savybės

PA6-GF15 – tai stipriai higroskopiška medžiaga, kuri intensyviai sugeria drėgmę iš aplinkos. Dėl savo cheminės struktūros – ypač amidinių jungčių (–CONH–) – poliamido (PA6) pagrindu sukurti plastikai natūraliai linkę absorbuoti vandenį. Net ir esant normalioms sąlygoms (20–25 °C, 50 % santykinei drėgmei), PA6 gali absorbuoti iki 1.3–1.9 % vandens per kelias paras, o ekstremaliomis sąlygomis (pvz., 70–80 % RH) drėgmės įsisavinimas gali viršyti 3–4 %.

Drėgmė turi dvejopą poveikį:

✅Spausdinimo kokybei – drėgna medžiaga spausdinimo metu virsta burbuliukais, poromis, ir paviršiaus nelygumais, nes vanduo garuoja ir sproginėja išlydytoje masėje.
✅Mechaninėms savybėms – po drėgmės absorbcijos PA6 tampa minkštesnė, elastingesnė, bet kartu ir netenka dalies standumo bei matmenų tikslumo. Šis aspektas ypač aktualus komponentams, kurie naudojami tiksliose tvirtinimo sistemose arba turi atlaikyti pastovias apkrovas.

Be džiovinimo net ir pramoninis 3D spausdintuvas “neišgelbės” rezultatų – defektai bus akivaizdūs nuo pirmo sluoksnio. Jei PA6-GF15 nėra naudojama iškart po džiovinimo, rekomenduojama ją laikyti: hermetiškai užsidarančiame maišelyje su silikageliu arba specialiuose 3D spausdinimo medžiagoms skirtuose prietaisuose su kontroliuojama drėgme (<15 % RH).

Koks 3D spausdintuvas tinkamas?

Su šia medžiaga gali tinkamai spausdinti tik specialiai paruoštas ir tam pritaikytas 3D spausdintuvas. Svarbu, kad 3D spausdintuvas atitiktų kelis pagrindinius reikalavimus:

✅ Uždaras korpusas – padeda išlaikyti pastovią temperatūrą ir sumažina deformacijos (angl. warping) riziką.
✅ Šildomas darbo stalas – būtinas, kad pirmas sluoksnis gerai prikibtų. Rekomenduojama temperatūra – ~100 °C.
✅ Grūdinto plieno antgalis – dėl anglies pluošto abrazyvumo, standartiniai (žalvariniai) antgaliai greitai susidėvi.
✅ Ekstruderio (ang. nozzle) temperatūros palaikymas ≥ 320 °C – tai būtina, nes PA6-GF15 reikalauja aukštos ekstruzijos temperatūros.
✅ Aušinimo valdymas – spausdinama be aušinimo.

PA6-GF15 panaudojimo sritys

PA6-GF15 – tai stiklo pluoštu sustiprinta PA6 medžiaga, skirta inžinerinėms užduotims. Ši medžiaga puikiai tinka tada, kai reikia pakankamai didelio tvirtumo, matmenų stabilumo ir gero atsparumo šilumai.

Puikiai tinka	Nerekomenduojama
✅ Funkcinėms detalėms, kur reikalingas pakankamai didelis tvirtumas	❌ Estetiniams, glotnaus paviršiaus modeliams
✅ Prototipams, kurie veikia aukštesnėje temperatūroje (iki ~140 °C \| ISO 75: Method B - 0.45 MPa)	❌ Smulkiems ar labai detaliems objektams
✅ Komponentams su dinaminiu apkrovimu (dėl geresnio smūgių sugėrimo)	❌ Lankstiems ar elastingiems komponentams
✅ Techniniams laikikliams ir pramoninėms jungtims	❌ Kontaktui su maistu ar medicina
✅ Atspariems, mechaninį stabilumą reikalaujantiems korpusams	❌ Projektams be džiovinimo galimybės (dėl higroskopiškumo)

PA6-GF15 – tai moderni kompozitinė medžiaga, kuri sujungia PA6 savybių patikimumą su stiklo pluošto stiprumu. Dėl savo mechaninių savybių, stabilumo, atsparumo apkrovoms ir pakankamai didelio atsparumo šilumai, ši medžiaga tinkama funkcinėms, pakankamai didelę apkrovą laikančioms detalėms bei prototipams.

Nors ji netinka estetinėms ar itin smulkioms dalims, tačiau ten, kur reikia žymiai didesnio tvirtumo, atsparumo trinčiai, pakankamai gero tikslumo ir ilgalaikio patikimumo – PA6-GF15 yra puiku pasirinkimas.

Trumpi paaiškinimai su nuorodomis: double-core extrusion, PA6 material, glass fiber material, plastic compounding.

PA6-GF15 specifikacija

Ruošiama…