WRYEDGE - Engineering Art!
PPS-TF
Aukštos klasės PPS medžiaga, skirta atsparioms karščiui, cheminiam poveikiui ir liepsnai techninėms detalėms.
PPS-TF – tai rečiau naudojama, aukštos klasės inžinerinė 3D spausdinimo medžiaga (filamentas), skirta pažangioms techninėms reikmėms, kur įprasti inžineriniai plastikai netinka. Ši medžiaga pasižymi išskirtiniu atsparumu liepsnai, cheminiam poveikiui ir aukštai temperatūrai, todėl naudojama automobilių, elektronikos bei pramoninių komponentų gamyboje.
PPS-TF sudėtyje yra sustiprinto ir modifikuoto polifenileno sulfido (PPS), kuris pasižymi labai aukštu terminiu stabilumu, matmenų tikslumu ir ilgaamžiškumu net ir agresyvioje aplinkoje. Dėl sudėtingo apdirbimo ši medžiaga dažniau naudojama pramoniniuose procesuose, tačiau pažangesni 3D spausdintuvai leidžia ją naudoti ir prototipų gamybai ar mažos apimties detalių serijoms. Dėl šių savybių ši medžiaga yra idealus pasirinkimas techninei 3D spaudai, kai reikalingas:
- Atsparumas ugniai – atitinka UL94 V-0 liepsnos slopinimo klasę, ideali naudoti elektronikai, aukštos įtampos įrenginiams, automobilių detalėms.
- Atsparumas cheminiam poveikiui – nepraranda savybių sąlytyje su tepalais, alyvomis, rūgštimis, tirpikliais – tinka agresyviai aplinkai, pvz., laboratorijoms ar pramonei.
- Aukšta šiluminė stabilumas – dirba iki 180° C be deformacijos; ideali šiluminėms izoliacijoms, variklių komponentams, pramoninėms jungtims.
- Matmenų tikslumas ir deformacijos nebuvimas – mažas warping, beveik nesitraukia kaip ABS ar nailonai, todėl idealiai tinka funkcinėms detalėms.
- Didelis mechaninis stiprumas – lenkimo stipris ~95 MPa, smūgio stiprumas ~25 kJ/m² – daug daugiau nei dauguma “paprastų” inžinerinių plastikų.
- Atspari UV ir oksidacijai – ilgai tarnauja lauko sąlygomis, net prie aukštos temperatūros ar saulės.
- Daug kur pakeičia metalą – kai kuriose srityse naudojama kaip lengvas metalų pakaitalas, nes atspari karščiui, cheminėms medžiagoms ir elektrai.
Pakaitinimo forma. 3D spausdinimo technologija: 3D FDM | Medžiaga: PPS-TF | Matmenys: 250 x 100 x 40 mm. (©WRYEDGE nuotrauka)
PPS medžiagos modifikacijos
Priklausomai nuo priedų ir modifikacijų, PPS (polifenileno sulfidas) įgauna skirtingas mechanines, šilumines ar elektrines savybes. Dažniausiai 3D spausdinime sutinkamos PPS atmainos:
• PPS – gryna medžiagos forma, be užpildų, naudojama ten, kur svarbiausias cheminis medžiagos grynumas, pvz., elektronikoje ar medicinos įrangoje.
• PPS-GF – stiklo pluoštu sustiprinta versija, pasižyminti didesniu standumu ir formos stabilumu, tačiau reikalaujanti dėvėjimui atsparios 3D spausdinimo įrangos.
• PPS-CF – anglies pluoštu sustiprinta PPS forma, turinti geresnį svorio ir stiprumo santykį bei didesnį elektrinį laidumą. Tinkama aukštųjų technologijų komponentams.
• PPS-TF – elastomerais modifikuota versija (šiame straipsnyje aprašoma medžiagos modifikacija) su geresniu smūgių atsparumu, mažesniu trapumu; idealiai tinka funkciniams ar judantiems komponentams.
• PPS/PEEK blendai – itin atsparios, tačiau labai brangios medžiagos, dažniausiai naudojamos tik specializuotose srityse.
Dėl šių modifikacijų įvairovės PPS pagrindu kuriamos medžiagos leidžia pasiekti labai skirtingą savybių spektrą – nuo tvirtumo ir atsparumo iki elektrinio laidumo ar elastingumo.
PPS-TF medžiagos gamybos procesas
PPS-TF gamyba yra sudėtingesnis procesas nei daugumos kitų 3D spausdinimo medžiagų, nes šis polimeras pasižymi aukšta kristališkumo laipsniu, jautrumu drėgmei ir reikalauja itin tikslios temperatūrinės kontrolės. Gaminant šį filamentą naudojamas sustiprintas polifenileno sulfidas (PPS), kuris modifikuojamas elastomerais ir stabilizatoriais, siekiant padidinti smūginį tvirtumą ir sumažinti trapumą.
Medžiaga džiovinama itin aukštoje temperatūroje (virš 120° C) ilgą laiką, kad būtų pašalinta bet kokia likutinė drėgmė. Ši drėgmė gali smarkiai paveikti ne tik ekstrudavimo kokybę, bet ir vėliau – spausdinimo rezultatą.
PPS-TF išlydoma aukštoje temperatūroje (dažniausiai virš 320° C) ir formuojama į 1.75 mm arba 2.85 mm skersmens filamentą. Dėl savo sudėties šis plastikas yra standus, mažai linkęs temptis, tačiau labai stabilus, atsparus cheminiam poveikiui ir ugniai. Filamentas stabilizuojamas, aušinamas ir suvyniojamas ant standartinių ritinių.
3D spausdinimas su PPS-TF medžiaga
3D spausdinimas naudojant PPS-TF reikalauja gerai paruoštos įrangos: aukštos temperatūros ekstruderio, šildomo stalo ir pageidautina – uždaros arba izoliuotos kameros. Tai medžiaga, skirta pažengusiems naudotojams, gaminantiems atsparias, technines detales.
| Parametras | Vertė / Pastabos |
|---|---|
| Ekstruderio (angl. nozzle) temperatūra | 280 – 320° C |
| Darbo stalo temperatūra | 100 – 120° C |
| Ekstruderio dydis / medžiaga | 0.4–0.6 mm | rekomenduojama grūdintas plienas |
| Darbo stalo pagrindo tipas | PEI ir PVP klijų sluoksnis |
| 3D spausdinimo greitis | 30–50 mm/s |
| Užpildymo (infill) tankis | Pasirinktinai | rekomenduojama nuo 40 % |
| Užpildymo kampas | ±45° |
| Raft atskyrimo atstumas | 0.10–0.20 mm |
| Atitraukimo (retraction) atstumas | 1.5–3.0 mm |
| Atitraukimo greitis | 2000–3000 mm/min |
| Medžiagos džiovinimas | 120° C, 4–6 val. (būtina prieš kiekvieną spausdinimą) |
| Post-produkcija | Atkaitinimas ne būtinas, bet galimas 100–120° C (2–4 val.) |
| Palaikymo medžiaga (support) | PPS-TF arba mechaniniu būdu šalinami supportai |
PPS-TF higroskopiškumas
PPS-TF yra mažai higroskopiška medžiaga, t. y. ji sugeria labai mažai drėgmės iš aplinkos. Tačiau dėl savo kristalinės struktūros ir cheminio atsparumo ši medžiaga yra itin jautri net ir minimaliam drėgmės kiekiui.
Net nedidelis drėgmės kiekis gali sukelti burbuliukų susidarymą, sluoksnių atšokimą arba išryškintą paviršiaus šiurkštumą. Dėl šios priežasties džiovinimas prieš kiekvieną spausdinimą yra būtinas.
Trumpas PPS-TF higroskopiškumo palyginimas su kitais filamentais:
| Medžiaga | Higroskopiškumas | Komentaras |
|---|---|---|
| PPS-TF | labai mažas (~0.05 %) | Būtina džiovinti 120 °C temperatūroje, 4–6 val. |
| PC-ABS | vidutinis (~0.3 %) | Džiovinimas rekomenduojamas (80–90 °C, 4–6 val.) |
| ABS | žemas (~0.1 %) | Retai reikia džiovinti – gana atsparus drėgmei |
| Polikarbonatas (PC) | aukštas (~0.5 %) | Labai sugeria – būtinas džiovinimas prieš spausdinimą |
| PA (nailonas) | labai aukštas (1–2 %) | Būtina džiovinti prieš kiekvieną spausdinimą |
PPS-TF apsauga nuo drėgmės
PPS-TF sugeria labai mažai drėgmės, tačiau yra itin jautri net ir menkiausiam drėgmės kiekiui, todėl būtinas kruopštus džiovinimas prieš kiekvieną spausdinimą. Net nežymi likutinė drėgmė gali stipriai pabloginti spausdinimo kokybę.
Laikant šią medžiagą atviroje aplinkoje (ypač esant didesnei nei 40–50 % santykinei drėgmei), ji gali:
- skleisti spragsėjimą ekstrudavimo metu,
- formuoti mikro burbuliukus paviršiuje,
- pabloginti sukibimą tarp sluoksnių,
- sumažinti mechaninį stiprumą,
- sukelti paviršiaus šiurkštumą ir matmenų netikslumus.
PPS-TF temperatūrinis atsparumas
PPS-TF pasižymi išskirtiniu atsparumu karščiui – ši medžiaga sukurta dirbti aplinkoje, kur temperatūra siekia iki 180° C. Dėl savo cheminės struktūros ji ne tik išlaiko formą aukštoje temperatūroje, bet ir atspari liepsnai (UL94 V-0 klasė).
- Šiluminės deformacijos temperatūra (HDT) siekia apie 100° C (prie 0.45 MPa).
- Darbinė temperatūra gali siekti 160–180° C be reikšmingų savybių praradimo.
- Net esant aukštai apkrovai ar kontaktui su karštais paviršiais, PPS-TF išlieka stabili ir nedeformuojama.
Dėl šių savybių ši medžiaga ypač tinkama naudoti automobilių, elektronikos ir aukštos įtampos komponentų gamyboje, kur reikalingas tiek šiluminis, tiek elektrinis izoliavimas.
Koks 3D spausdintuvas tinkamas?
Spausdinimui rekomenduojama naudoti gerai sukonfigūruotą 3D spausdintuvą, ypač jei spausdinami didesni ar funkciniai objektai. Norint išgauti gerą 3D spausdinimo rezultatą – be deformacijų, geru sluoksnių išsidėstymu bei tarpusavio adhezija, svarbu užtikrinti šias sąlygas:
- Uždaras 3D spausdintuvo korpusas – būtinas didesnėms detalėms; palaiko pastovią aplinkos temperatūrą ir sumažina deformacijos riziką (angl. warping).
- Šildomas darbo stalas – būtinas sukibimui su pagrindu; rekomenduojama temperatūra ~100 °C.
- Ekstruderio (angl. nozzle) temperatūros palaikymas 280–320° C.
- Spausdinimo paviršius – PEI ar PVP klijai, kad išvengti pirmo sluoksnio atšokimo.
- Ventiliacija išjungta arba minimali (0–20 %) – norint užtikrinti gerą sluoksnių sukibimą.
- Rekomendacija – džiovinimo kamera – padeda išlaikyti sausą medžiagą spausdinimo metu.
PPS-TF panaudojimo sritys
Dėl savo sudėties ši medžiaga puikiai tinka ten, kur reikalingas atsparumas aukštai temperatūrai, cheminėms medžiagoms ir liepsnai. PPS-TF pasižymi dideliu matmenų stabilumu ir ilgaamžiškumu, todėl tinka naudoti funkcinėse, inžinerinėse ar pramoninėse detalėse.
| Puikiai tinka | Nerekomenduojama |
|---|---|
| Elektronikos ir elektros izoliaciniai elementai | Estetiniai, glotnaus paviršiaus modeliai |
| Detalės, veikiančios iki 180 °C temperatūroje | Labai ploni arba dekoratyvūs objektai |
| Techniniai komponentai, veikiami šilumos ir chemikalų | Elastingi ar lankstūs mechaniniai elementai |
| Automobilių ar dronų detalės, veikiančios agresyvioje aplinkoje | Detalės, kontaktuojančios su maistu ar medicina |
| Komponentai, kur reikalingas atsparumas liepsnai (UL94 V-0) | Vizualiniai maketai ar dizaino prototipai |
Ši medžiaga yra puikus pasirinkimas, kai reikia subalansuoti:
- šiluminį ir cheminį atsparumą,
- liepsnos slopinimo savybes (UL94 V-0),
- matmenų stabilumą ir ilgaamžiškumą,
- gerą tvirtumą ir mechaninį patikimumą.
Nors ši medžiaga nėra skirta labai ploniems ar itin lanksčios geometrijos spaudiniams, techninėse ir funkcinėse detalėse ji pasiteisina kaip patikima ir profesionali medžiaga ekstremalioms sąlygoms.
Trumpi paaiškinimai su nuorodomis: double-core extrusion, PC material, plastic compounding.
PPS-TF specifikacija
Ruošiama…