Produkcja filamentu, a wilgoć
Proces wytwarzania filamentów do druku 3D, jak każdy proces produkcyjny wymaga zapewnienia możliwie jak najlepszych warunków w zakresie: – przygotowania materiału wsadowego, poprzez jego właściwe przechowywanie i suszenie, – stosowania poprawnych parametrów przetwórstwa tworzywa – dzięki stosowaniu odpowiednich temperatur wytłaczania, właściwemu doborowi narzędzi pomocniczych, wskazaniu sprecyzowanych prędkości nawijania filamentu, określeniu poprawnej temperatury w pierwszej wannie chłodzącej, właściwej konstrukcji systemu osuszania i nawijania gotowego filamentu, – odpowiedniego pakowania i magazynowania, a więc stosowania szczelnych opakowań wraz z dołączeniem woreczka z adsorbentem wilgoci (np. żelem krzemionkowym), a także składowania w odpowiednich warunkach.
Wyżej opisane standardy są codziennością podczas wytwarzania filamentów na liniach produkcyjnych Spectrum Filaments. Mogłoby się wydawać, że zapewnienie optymalnych warunków produkcji filamentów jest jednoznaczne ze stuprocentowym sukcesem widocznym gołym okiem na stołach roboczych drukarek 3D. Niestety nie zawsze jest to możliwe do osiągnięcia. Przyczyn takiego stanu rzeczy jest wiele. Częstym problemem jest jednak wilgoć, należy zwrócić uwagę, że pomimo stosowania restrykcyjnych zabiegów suszenia podczas produkcji - problem wilgoci może pojawić się również u końcowych użytkowników filamentu. Jak można przeczytać powyżej w bardzo uproszczonym opisie procesu wytwarzania filamentu w kilku miejscach pojawia się słowo „suszenie”. Jest to bardzo ważny zabieg mający na celu zapewnienie odpowiednich właściwości wytwarzanego filamentu na etapie produkcji.
Drukowanie 3D, a wilgoć
W procesie druku 3D bardzo ważne jest odpowiednie przygotowanie materiału wsadowego (filamentu) – przede wszystkim uwzględnienie jak najmniejszej wilgotności materiału. Tworzywa sztuczne dzieli się na higroskopowe (np. PA6 Low Warp, smart ABS, ASA 275, Premium PETG) oraz nie higroskopowe (np. PS, PE lub PP). W przypadku tych pierwszych mamy do czynienia z absorpcją wilgoci do całej objętości materiału, a także osadzaniu się cząstek wody na powierzchni filamentu. Co do tworzyw nie higroskopowych wilgoć osadza się jedynie na powierzchni filamentu. Niezależnie od rodzaju wilgoci, czy zakresu hydrofobowości danego tworzywa bardzo ważne jest obniżenie poziomu wilgotności materiału do możliwego minimum. W przypadku wytłaczania zawilgoconego filamentu przez głowice robocze drukarek 3D może powstawać zjawisko hydrolizy, która prowadzi do powstawania zmian w strukturze materiału termoplastycznego. Jak można się domyślić, hydroliza jest zjawiskiem niepożądanym, które prowadzi do pogorszenia właściwości użytkowych wytworzonych przyrostowo części (obniżenie udarności, wytrzymałości na zginanie, twardości, itp.). Oprócz pogorszenia właściwości wytłoczonego materiału, znacząco pogarsza się jakość adhezji wytłoczonego tworzywa do stołu roboczego drukarki 3D, jak i adhezji kolejnych warstw materiału. Kwestia pogorszenia połączeń adhezyjnych wiąże się bezpośrednio z „podwijaniem” się pierwszych warstw wydruku, czy pęknięć między nałożonymi warstwami materiału.
Jak rozpoznać wilgoć w filamencie?
Efekt zawilgocenia materiału objawia się w różny sposób. Różnice te wynikają przede wszystkim z powodu występowania różnorodnych materiałów do druku 3D, a także poziomu zawilgocenia. Niekiedy problemy z wilgotnością widoczne są niezwłocznie po wyekstrudowaniu materiału z głowicy drukarki 3D – pojawiają się pęcherzyki na filamencie oraz słychać charakterystyczny „trzask” w momencie, gdy wspomniane pęcherzyki pękają. W przypadku takich tworzyw jak PA, czy PMMA pęcherzyki mogą być widoczne na powierzchni wydruku w formie bruzd. Podczas druku 3D z ABS, negatywny wpływ wilgoci objawia się poprzez znaczące pogorszenie właściwości użytkowych wytwarzanych części i widoczny wzrost udziału efektów skurczu (pęknięcia, odkształcenia dolnych warstw wydruku).
Jak zapobiegać wilgoci w filamencie?
Niezależenie od genezy pojawienia się wilgoci na powierzchni filamentu lub w jego objętości bardzo ważne jest, aby wiedzieć jak sobie radzić z wyeliminowaniem tego mankamentu. Przede wszystkim należy wiedzieć, że lepiej jest zapobiegać niż leczyć, tak więc w pierwszej kolejności należy zapewnić odpowiednie warunki przechowywania filamentu. Dobrym pomysłem jest zainwestowanie w pojemnik do konfekcjonowania filamentu z adsorbentami wilgoci (np. wspomnianym żelem krzemionkowym). W sytuacji, gdy pomimo zastosowanych środków zapobiegawczych, lub innych obiektywnych przyczyn występują podczas druku widoczne i ewidentne zjawiska zawilgocenia materiału należy przerwać proces wytwarzania i poddać filament odpowiedniemu procesowi suszenia. W przypadku bardziej przezornych użytkowników naszych filamentów – takie suszenie można przeprowadzać bezpośrednio przed procesem.
W jaki sposób przeprowadzać proces suszenia? Co mówi teoria, a co praktyka?
Poniżej przedstawiamy odpowiedzi na te bardzo istotne pytania: – suszenie w gorącym powietrzu – jest to najczęściej stosowana metoda suszenia materiałów termoplastycznych, niestety jest ona skuteczna tylko w przypadku wilgoci osadzającej się na powierzchni materiałów. Ogrzanie wilgotnego powietrza z otoczenia do temperatury zbliżonej do temperatury uplastycznienia np. PLA (ok. 60°C) zapewni uzyskanie wilgotności względnej na poziomie ok. 25%. Taka wartość nie pozwoli na pozbycie się wilgoci z objętości materiału. Bardzo ważne jest, aby pamiętać o wydzielaniu się monomerów podczas suszenia w gorącym powietrzu. W związku z tym nie należy stosować do suszenia piekarników czy suszarek stosowanych do obróbki termicznej żywności, – suszenie w suchym powietrzu – metoda ta jest bardzo efektywna w przypadku tworzyw higroskopijnych. „Wydobycie” wilgoci z wnętrza materiału zachodzi na skutek różnicy ciśnień pomiędzy ciśnieniem pary wodnej „uwięzionej” w filamencie, a ciśnieniem powietrza suszącego. W metodzie tej bardzo ważne jest zastosowanie adsorbentu wilgoci i gorącego powietrza, przez co wilgoć z materiału zostaje wydzielona w formie pary wodnej, a następnie pochłaniana jest przez wspomniany absorbent. Proces ten zachodzi w układzie zamkniętym. Niezależnie od wybranej metody suszenia bardzo ważne jest stosowanie odpowiednich parametrów suszenia – głównie określonych temperatur i czasów suszenia. Przekroczenie dopuszczalnych parametrów suszenia może skutkować np. pogorszeniem zwilżalności danego materiału, przez co wydruk może się odklejać od stołu lub warstwy nałożonego tworzywa mogą się rozdzielać, ponadto wytworzone elementy mogą być znacznie bardziej łamliwe, oraz podatne na deformacje.
Tabela temperatur i czasu suszenia filamentu
W naszych materiałach prezentujemy zalecane parametry suszenia w gorącym powietrzu, przy założeniu typowych warunków otoczenia (temperatura 20°C, wilgotność 40%). Należy pamiętać, że w zależności od warunków przechowywania materiału (stopnia jego zawilgocenia), stosowanego urządzenia i metody suszenia, a także panujących warunków (temperatura i wilgotność) parametry suszenia mogą się nieznacznie różnić. W razie pytań i wątpliwości w kwestii suszenia naszych materiałów oraz innych sprawach technicznych zachęcamy do kontaktu z działem wsparcia: support@spectrumfilaments.com
