Виды нейлона, используемые в FDM 3D-печати

Нейлон, также известный как полиамид (PA), — это семейство термопластичных полимеров, ценимых в FDM 3D-печати за прочность, гибкость и износостойкость. Несмотря на привлекательные механические свойства, нити из нейлона относятся к одним из самых сложных материалов для печати из‑за высоких температур печати, склонности к короблению и сильной гигроскопичности. Для FDM-печати разработаны несколько типов нейлона, каждый из которых имеет отличительные характеристики, влияющие на качество печати, механические свойства и удобство использования.

PA6 (Нейлон 6)

PA6 — один из наиболее распространённых нейлонов, используемых в FDM-печати. Это прочный материал с высокой прочностью на разрыв и отличной ударной вязкостью, что делает его подходящим для функциональных деталей и механических компонентов. Однако PA6 быстро поглощает влагу из воздуха, что может привести к образованию пузырей и плохой адгезии слоёв, если нить не высушена должным образом. Он также сильно склонен к короблению, если печатать без подогретого стола и закрытой камеры. Типичные температуры экструзии находятся в диапазоне от 250°C до 270°C. После отжига детали из PA6 приобретают улучшенную размерную стабильность и термостойкость за счёт увеличения кристаллизации.

PA66 (Нейлон 66)

PA66 по составу похож на PA6, но имеет немного более высокую точку плавления, около 260°C. Это обеспечивает ему большую жёсткость, износостойкость и термостойкость по сравнению с PA6. Он демонстрирует низкую ползучесть под нагрузкой и хорошо подходит для прецизионных механических деталей. Как и PA6, PA66 сильно гигроскопичен и склонен к короблению при печати, поэтому требует сухого хранения нити, подогретого стола (примерно 80°C–100°C) и закрытой камеры. После отжига материал значительно упрочняется. Однако при последующем воздействии влажности он становится более пластичным и ударопрочным.

PA12 (Нейлон 12)

PA12 — распространённый инженерный филамент, который отличается от PA6 и PA66 более длинной молекулярной цепью и меньшим поглощением влаги. Это делает его более размерно стабильным и проще в печати с меньшими проблемами коробления. Типичные температуры экструзии находятся в диапазоне от 240°C до 260°C. PA12 обеспечивает высокую ударопрочность, очень хорошую химическую стойкость и большую гибкость по сравнению с другими нейлонами. Его низкое влагопоглощение также означает, что он дольше сохраняет размерную точность в влажной среде. PA12 термостойок примерно до 180°C и хорошо реагирует на отжиг для дальнейшей кристаллизации и повышения прочности.

PA612 (Нейлон 612)

PA612 сочетает характеристики PA6 и PA12. Он предлагает меньшее поглощение влаги, чем PA6, сохраняя при этом большую жёсткость, чем PA12. В результате получается материал, хорошо подходящий для применений, требующих сбалансированной механической прочности и стабильности. Его легче печатать, чем PA6 или PA66, и он менее склонен к короблению. Детали из PA612 имеют гладкую поверхность и менее хрупки, что делает их универсальными как для эстетических, так и для функциональных компонентов. Термостойкость умеренная — обычно ниже, чем у PA66, но выше, чем у PA12.

Другие смеси и композиты на основе нейлона

Некоторые формулы нейлона смешивают несколько типов полиамидов или включают добавки для достижения конкретных целей. Особенно популярны волокномармированные нейлоны: армирование углеродным или стеклянным волокном повышает жёсткость, прочность и размерную стабильность, одновременно уменьшая усадку и коробление. Эти добавки также улучшают качество поверхности, ограничивая тепловую деформацию во время печати. Однако нити, наполненные волокном, более абразивны и требуют использования закалённых сопел.

Проблемы печати

Успешная печать нейлона требует высоких температур экструзии (обычно 240°C–280°C), подогретого стола и контролируемой температуры окружающей среды (если не используются нейлоны Polymaker). Естественная гигроскопичность нейлона приводит к поглощению влаги, что может вызывать образование паровых карманов при экструзии, приводя к ямочкам на поверхности и слабой адгезии слоёв. Нить следует всегда хранить сухой, желательно в герметичной ёмкости или в сушилке для филамента. Коробление — ещё одна серьёзная проблема, так как нейлон сильно сокращается при охлаждении.

Для борьбы с короблением Polymaker разработала технологию Warp Free, которая оптимизирует состав материала для снятия внутренних напряжений во время охлаждения. Это позволяет печатать крупные нейлоновые детали на принтерах с открытой рамой с меньшим риском завивания или расслоения.

Влияние отжига и влаги

Отжиг нейлоновых деталей усиливает их кристаллизацию, увеличивая структурную прочность, жёсткость и термостойкость. Полностью кристаллизованные детали лучше переносят нагрузку и повышенные температуры. Однако со временем при поглощении влаги полимерные цепи становятся более подвижными, что приводит к большей пластичности и ударной вязкости, но меньшей жёсткости. Такая компромисная особенность делает нейлон пригодным для деталей, требующих прочности и небольшой гибкости.

Резюме

Каждый тип нейлона обеспечивает разный баланс между простотой печати, механическими характеристиками и стабильностью в окружающей среде. PA6 и PA66 предлагают высокую жёсткость и термостойкость ценой более сложной печати, тогда как PA12 и PA612 более прощающие к ошибкам и менее влагопоглощающие. Армированные нейлоны дополнительно решают проблемы коробления и механических ограничений. При правильной сушке, управлении температурой и использовании продвинутых формул, таких как Warp Free Technology, нейлон остаётся одним из наиболее пригодных материалов для производства прочных функциональных деталей в FDM 3D-печати.