W pierwszych latach rozwoju amatorskiego i desktopowego druku 3D w technologii FDM / FFF, liczba dostępnych materiałów była bardzo ograniczona i sprowadzała się raptem do kilku tworzyw, wśród których prym wiodły głównie PLA i ABS. Obecnie na rynek zaczęły trafiać kolejne filamenty oparte np. o PET, HIPS czy poliamidy, jednakże wciąż stanowiły jedynie dodatek dla wspomnianej dwójki – PLA i ABS, które były fundamentami desktopowego druku 3D z termoplastów.
To zmieniło się w 2020 r., gdy na samym początku pandemii C19 społeczność drukarzy 3D na całym świecie zaczęła produkować przyłbice ochronne oraz szereg innych akcesoriów dla lekarzy i służb medycznych ratujących ofiary koronawirusa. Wtedy okazało się, że PET-G – filament postrzegany do tego czasu głównie jako materiał ozdobny z uwagi na swoją transparentność i możliwość rozpraszania światła, może być z powodzeniem wykorzystywany jako tworzywo techniczne dzięki swoim licznym, unikalnym właściwościom fizyczno-chemicznym. To zapoczątkowało swoistą modę na ten materiał, awansując go najpierw do pierwszej trójki najpopularniejszych filamentów na rynku, a z czasem wypierając ABS ze względu na dużo łatwiejsze przetwarzanie go na drukarkach 3D.
PET (politereftalan etylenu), to jedno z najpopularniejszych tworzyw sztucznych na świecie. Materiał został odkryty w latach 40-tych XX wieku przez dwóch brytyjskich chemików – J. R. Whinfielda i Jamesa Dicksona, pracujących dla firmy Calico Printer’s Association of Manchester. Początkowo był stosowany głównie w przemyśle włókienniczym, jednakże jego popularność wzrosła, gdy w latach 70-tych XX wieku Nathaniel Wyeth – brat słynnego artysty Andrew Wyeth’a, wynalazł butelkę PET, która mogła wytrzymać nacisk gazu w napojach gazowanych. Od tamtej pory tworzywo sukcesywnie zaczęło wypierać szkło w produkcji butelek i opakowań dla napojów oraz wszelkiego rodzajów płynów (kosmetyków, środków czyszczących czy chemikaliów).
PET jest bardzo twardy, wytrzymały na warunki atmosferyczne, dobrze przepuszcza światło, a także jest bezpieczny w kontakcie z żywnością. Jest powszechnie używany w branży opakowaniowej i tekstylnej. W sektorze druku 3D, występuje pod nieco zmodyfikowaną postacią – do jego składu chemicznego jest dodawany glikol (stąd nazwa PET-G), która poprawia jego właściwości przetwórcze na drukarkach 3D, nadając mu odpowiedniej płynności i giętkości, jak również ograniczając skurcz (czysty PET jest pod tym względem trudny w druku 3D).
Z czasem naukowcy zaczęli tworzyć kolejne tworzywa sztuczne, gdzie bazą był politereftalan etylenu. Tak powstał PCTG, stanowiący rozwój w technologii poliestrów. Jest to mieszanka bardziej elastyczna i odporna na udarność. Materiał jest używany tam, gdzie trzeba połączyć przejrzystość z wysoką wytrzymałością mechaniczną. Mimo że PCTG jest modyfikacją PET, oba tworzywa mają swoje unikalne właściwości, które sprawiają, że są odpowiednie do różnych zastosowań.
PET i PCTG – główne podobieństwa i różnice
PET jest stosowany głównie w produkcji butelek do napojów i włókien do ubrań. Materiał jest bardzo twardy, wytrzymały, dobrze przepuszcza światło i również bezpieczny w kontakcie z żywnością. PCTG ma doskonałe właściwości, takie jak wysoka przejrzystość, udarność, elastyczność, łatwość formowania i przetwarzania, a także zdatność do kontaktu z żywnością. Ze względu na swoją twardość i elastyczność, PCTG jest często używany w produkcji opakowań kosmetycznych, medycznych i żywnościowych.
Porównując obydwa tworzywa, mają wiele cech wspólnych cech jak wysoka przejrzystość, odporność na działanie czynników atmosferycznych i bezpieczeństwo w kontakcie z żywnością, różnią się jednak pod względem pewnych właściwości fizycznych:
- PET ma doskonałe właściwości bariery dla gazów, co oznacza, że jest idealny do produkcji opakowań do napojów, które muszą być szczelne dla powietrza i CO2, PET jest także dużo szerzej stosowany,
- PCTG cechuje się lepszą elastycznością i odpornością na udarność niż PET, co sprawia, że jest odpowiedniejszy do zastosowań, gdzie konieczne jest częste użycie lub narażenie na uderzenia; ponadto PCTG jest łatwiejszy w przetwarzaniu, co daje większą swobodę w kształtowaniu geometrii.
Jeśli chodzi o druk 3D, to najprostsze rozróżnienie obydwu materiałów sprowadza się do poniższego:
- PET-G to jeden z najpopularniejszych, najtańszych, a zarazem najprostszych w druku 3D filamentów; może być drukowany na każdej drukarce 3D typu FDM / FFF, pod warunkiem, że będzie miała ona możliwość rozgrzania głowicy drukującej do 260°C i posiadała podgrzewany stół roboczy (z tym że obydwie te rzeczy są powszechnie obowiązującym standardem); posiada minimalny skurcz i nie wymaga stosowania zamkniętej komory roboczej; z drugiej strony ma tendencje do nitkowania (tzw. stringing), więc jest problematyczny przy druku 3D z użyciem głowic o dużych średnicach (0,6-0,8 mm)
- PCTG to bardziej specjalistyczna i wydajna wersja PET-G, mająca zastosowanie przy tworzeniu bardziej wytrzymałych aplikacji; mówiąc krótko – wszędzie tam gdzie musimy zastosować materiał o wyższej odporności chemicznej, a tradycyjny PET-G nie jest dość wytrzymały pod względem mechanicznym i udarnościowym – PCTG stanowi doskonały wybór; materiał jest drukowany w porównywalnych, lecz nieco wyższych temperaturach (PET-G w 230-250°C, PCTG w 250-270°C).
Filamenty PCTG
Spectrum Filaments posiada w ofercie filamenty bazujące na tworzywie PCTG. Filament występuje w trzech różnych gatunkach:
- PCTG Premium – czyli tworzywo w czystej postaci, dostosowane do łatwego drukowania 3D,
- PCTG GF10 – domieszkowane w 10% włóknem szklanym,
- PCTG CF10 – domieszkowane w 10% włóknem węglowym.
Spectrum Premium PCTG jest równie proste w druku 3D jak PET-G, jednakże wymaga nieco wyższych temperatur pracy na poziomie 240-270°C dla głowicy drukującej (oraz 60-80°C dla stołu roboczego). Może to wywołać pewne problemy w przypadku drukarek 3D klasy amatorskiej, jak Creality Ender 3, ponieważ operuje się wtedy na maksymalnych zakresach temperatur tych urządzeń. Tym samym praca na Ender 3 jest możliwa, ale PCTG powinien być używany raczej przez bardziej doświadczonych użytkowników (nie jest to „filament na start”). W przypadku drukarek 3D klasy desktopowej typu BambuLab, Prusa czy Raise3D, użytkownicy nie powinni napotkać żadnych trudności w pracy.
Zaletą filamentu Premium PCTG jest zwiększona udarność, wysoka stabilność wymiarowa, niski skurcz oraz odporność temperaturowa na poziomie 76°C. Wydruki 3D charakteryzują się także doskonałą powierzchnią i wyższą sprężystością (ale nie są giętkie lub elastyczne!). Podobnie jak PET-G, PCTG posiada wysoką odporność chemiczną wydrukowanych części.
Kolejną ważną cechą jest duża paleta kolorów do wyboru – w tym wariantów o wysokiej przezierności, które doskonale rozpraszają światło. PCTG występuje w kolorach:
- pełne: biały, żółty, pomarańczowy, czerwony, jasno-zielony, niebieski, granatowy, srebrny-metaliczny, grafitowy, czarny
- transparentne: żółty, pomarańczowy, czerwony, zielony, niebieski.
Równocześnie należy pamiętać, że w druku 3D nie mamy do czynienia z pełną transparentnością, tylko „przeziernością” – im więcej obrysów (im grubsza ścianka), tym niższa przezierność. Efekt przezierności jest dużo lepszy w przypadku PCTG niż zwykłego PET-G.
Spectrum PCTG GF10 to materiał kompozytowy oparty o PCTG i włókno szklane, który charakteryzuje się dużo wyższą wytrzymałością i nietypową jak na materiały tego typu, matową powierzchnię. Posiada wysoką sztywność i twardoś, oraz wyższą niż standardowe PCTG Premium odporność na ścieranie. Dzięki dużej adhezji międzywarstwowej i niskiemu skurczowi, pozwala na drukowanie dużych wydruków nawet na drukarkach 3D klasy amatorskiej (przy uwzględnieniu ograniczeń opisanych powyżej).
Materiały oparte o włókno szklane mają tendencję do degradacji głowicy drukującej drukarki 3D, dlatego przy komponowaniu składu filamentu wykorzystano tzw. funkcjonalizowane włókna szklane o mniej agresywnej geometrii. Dodatkowo włókna szklane nadają wydrukowanym częściom unikalną strukturę, co oprócz walorów estetycznych, przekłada się na podwyższoną użyteczność. Filament charakteryzuje się także nieco wyższą odporność temperaturową na poziomie HDT B: 78°C i VICAT: 89°C.
Materiał posiada te same parametry druku 3D co PCTG Premium i jest przetwarzany w tych samych temperaturach.
Spectrum PCTG CF10 to materiał kompozytowy oparty o PCTG i włókno węglowe, które nadają filamentowi niezwykle wysoką sztywność, przy jednoczesnym ograniczeniu pękania, charakterystycznego dla innych kompozytów węglowych na bazie PET-G. PCTG CF10 pozwala na druk 3D części o zwiększonej twardości i odporności na rozciąganie od czystego PCTG lub PET-G. Zastosowanie włókien węglowych zwiększa odporność termiczną filamentu, dodatkowo ogranicza skurcz i nadaje charakterystyczny matowy wygląd.
Pod względem odporności temperaturowej PCTG CF10 posiada te same parametry co PCTG GF10 i jest drukowany na podobnych ustawieniach drukarki 3D. Niestety w przypadku filamentu domieszkowanego włóknem węglowym istnieje ryzyko degradacji standardowe dysz drukujących, dlatego przed rozpoczęciem pracy warto rozważyć ich wymianę na dysze stalowe.
Kiedy stosować dany filament Spectrum PCTG?
- jeżeli do produkcji części musimy wykorzystać PET-G, ale jego domyślne parametry fizyczne / udarnościowe muszą być wyższe – stosujemy filamenty PCTG
- jeżeli część musi być transparentna lub kolorowa – stosujemy Premium PCTG
- jeżeli część nie musi być transparentna lub kolorowa, ale musi być sztywna i bardziej wytrzymała niż PCTG – stosujemy PCTG GF10 lub PCTG CF10
- jeżeli część musi być bardziej odporna na ścieranie – stosujemy PCTG GF10
- jeżeli część musi być maksymalnie sztywna i twarda – stosujemy PCTG CF10
