Nylon/PA за 3D принтиране: сушене, PA6/PA11/PA12 разлики

Полиамидите (Nylon/PA) са полукристални термопласти с амидни връзки: различните цифри в PA6/PA11/PA12 отразяват броя въглеродни атоми в мономера, което определя кристалинност, температура на топене и способност да поемат влага.

PA6: най-коравият

• Характеристика: Най-коравият и механично здрав чист полиамид с изключително висока устойчивост на абразия и термична деформация ^[1].
• Механика (в SLS): Якост на опън (Tensile Strength) от ~70 MPa, температура на термична деформация (HDT) от 190 °C и относително ниско удължение при скъсване от 12% ^[1].
• Особености при принтиране: Изключително труден за работа. Изисква тежък индустриален клас машини (в диапазона €150,000 – €500,000) с лазери с мощност до 200W, екстремно прецизен топлинен мениджмънт и бавно охлаждане над 12 часа ^[1].

PA11: най-еластичният, био-произход

• Характеристика: Екологичен полимер, добиван от биологичен източник (рициново масло) ^[1]. Притежава несравнима ударна якост, еластичност и изключителна издръжливост на многократни цикли на огъване (умора на материала) ^{[1] [2]}.
• Механика (в SLS/MJF): Якост на опън ~46 MPa, но феноменално удължение при скъсване от 40% (почти двойно спрямо PA12) при HDT от 85 °C ^{[1] [2]}.
• Особености при принтиране: По-податлив на оптично и термично пожълтяване/обезцветяване при преработка ^[2], но предлага превъзходни динамични свойства за функционални панти, предпазители и спортни стоки.

PA12: индустриалният стандарт

• Характеристика: Непоклатимият индустриален стандарт за прахови 3D технологии (SLS и MJF), съставляващ над 90% от общото търговско потребление на полимери в адитивното производство ^{[3] [1]}. Базиран е на петролни суровини и предлага отличен баланс между коравина, здравина и химическа устойчивост.
• Механика (в SLS/MJF): Якост на опън ~48 MPa, удължение при скъсване 15–18% и HDT 86–95 °C ^{[1] [2]}.
• Особености при принтиране: Най-приятелският за принтиране полиамид благодарение на широк термичен прозорец на синтероване (sintering window) ^[4] и висока предвидимост на геометричното свиване.

Хигроскопичност и сушене

Ето я голямата инженерна болка, Краси: полиамидите са екстремно хигроскопични ^{[5] [6]}. Те активно пият влага от околния възсух, което коренно променя термодинамичното им поведение в дюзата или праховото легло.

Физическият ефект от влагата:

1. Stringing и лоша адхезия (FDM): В 80% от случаите появата на "паяжини" (stringing) се дължи на влажен филамент, а не на грешни настройки на ретракцията ^{[6] [7]}. Наличието на вода в полимера води до моменталното ѝ кипене при преминаване през горещата дюза. Това причинява микро-експлозии на пара, които разкъсват равномерния поток, образуват шупли (porosity) и драстично влошават междуслойната адхезия ^{[8] [9]}.
2. Драстичен спад на механичните показатели: Овлажненият композитен полиамид PA6-CF губи до 40% от своята якост на огъване: от 151 MPa в абсолютно сухо състояние пада до 95 MPa при абсорбиране на влага ^[9].

Правила за активно сушене преди принтиране:

Задължително е използването на специализиран уред за активно сушене преди и по време на принтиране (особено в среди с висока влажност) ^{[5] [10]}:

• PA6-CF / PET-CF / PPS-CF: Сушене при 80 °C в продължение на 8–12 часа ^[9].
• PPA-CF (високотемпературен полиамид): Сушене при 140 °C за 8–12 часа ^[9].
• Чист PA12 / PA11: Сушене при 70 °C за 4–6 часа ^[6].

Принцип за вакуумна дегазация в индустриалния мащаб: При шнековата гранулирана екструзия (FGF) хигроскопичността на пелетите е толкова критична, че освен предварителното сушене, самият цилиндър на екструдера се оборудва с активна вакуумна система, която принудително изсмуква въздуха и остатъчната пара по време на компресията на полимера, предотвратявайки вътрешната порьозност ^[11].

Често задавани въпроси