Kouzlo flexibilních materiálů a Shore stupnice
Jako začínajícího tiskaře na 3D tiskárně vás první kroky pravděpodobně zavedly k filamentům jako je PLA, ABS nebo ASA. Tiskne se s nimi vesměs jednoduše a mají praktické vlastnosti. Ale dřív nebo později určitě začnete narážet na pojem flexibilní materiály - jedná se o pružné filamenty, s kterými se vám otevřou nové možnosti využití. O těchto filamentech kolují pověsti, které by mohly nejednoho fandu 3D tisku odradit. Tisk s nimi může být náročnější, nebývají proto vhodné pro začátečníky. Někdy je potřeba upravovat nastavení tiskárny, aby se přizpůsobilo potřebám filamentu. A začátky občas končí nezdarem. Ale věřte, že by byla škoda nechat flexibilní filamenty schované v šuplíku a připravit se tak o jejich kouzlo. Protože tyto materiály spojují dvě základní vlastnosti: jsou pružné a pevné zároveň. Míru pružnosti určuje Shore stupnice, ke které se dostaneme později, ale pokud jste nedočkavý, více o ní najdete tady.
Zázrak jménem flexibilní filament
Stačí se porozhlédnout kolem sebe a hned si uvědomíte, jak časté využití má gumový materiál. Ať už u praktických věcí v domácnosti, tak v průmyslové oblasti. S flexibilními materiály můžete tisknout různé prototypy, vzorové formy, rozmanité těsnění a kryty, pneumatiky pro RC modely nebo třeba drobné upgrady k tiskárnám jako jsou gumové nožičky. Všechny tyhle produkty spojují stejné požadavky - mají být do určité míry pružné, ohebné a tvárné, ale zároveň i odolné proti mechanickému poškození.
Nejdříve trochu teorie
Na trhu s filamenty narazíte hlavně na dva názvy - TPE a TPU. Zkratka TPE pod sebou skrývá název pro materiál termoplastický elastomer (někdy se můžete setkat s názvem termoplastický kaučuk), zkratka TPU se používá pro termoplastický polyuretan. Filament TPE je vlastně nadřazená skupina, pod kterou spadá materiál TPU. Tyto materiály jsou vyráběny kombinací tvrdých plastických polymerů (což může být například materiál PP - polypropylen, PA – polyamid nebo PU - polyuretan) a měkkých materiálů (například polyether).
Možná by vás zajímalo, v čem tkví kouzlo tak dobré ohebnosti u flexibilních materiálů. Odpovědí je skvělá přilnavost jednotlivých vrstev. Díky tomu můžou být modely vytisknuté z těchto materiálů pružné a nedochází tam snadno k rozlomení jako u ostatních neflexibilních materiálů.
Kde všude se s flexibilními materiály setkáme?
Nejčastěji používaný materiál TPU si našel svoje uplatnění v různorodých oblastech. Jednou z nejrozšířenější bude pravděpodobně automobilový průmysl, a to i díky tomu, že je vysoce odolný proti oleji i jiným chemickým látkám. V průmyslu na něj narazíte při výrobě různých ochranných obalů, pomůcek a tlumičů vibrací i nárazů. S TPU se potkáme i při každodenních činnostech, můžou být z něho například vyrobené náramky k hodinkám. Dalšími oblastmi, kde si své využití najde, je sportovní zboží nebo třeba v chirurgii.
Proč zařadit flexibilní materiály mezi své oblíbence?
Pružnost u flexibilních materiálů oceníte při tisku různých praktických vychytávek, ale i výtisků, které využijete v rámci svého koníčku. Všechny nadšence RC modelů určitě nadchne filament speciálně určený pro tisk pneumatik RC modelů od značky TreeD Filaments.
Mezi výhodami TPE nebo TPU patří už tak často zmiňovaná ohebnost, ale není to jediný klad, kterým vás může tento materiál nadchnout. Posuďte sami:
- je měkký
Díky své pružnosti s ním můžete lehce ohýbat, natahovat ho.
- zachová si svůj původní tvar
V případě, že jsou výtisky ve vhodném prostředí, dokáží si po dlouho dobu zachovat svůj původní tvar.
- minimální smrštění a deformace
Při tisku se nemusíte bát vysokého procenta smrštění i deformaci.
- odolnost proti nárazu a chemikáliím
Výtisky jsou vysoce odolné proti mechanickému nárazu a působením chemikálií.
- tlumí vibrace a nárazy
Díky schopnosti tlumit vibrace a nárazy je tento materiál ideální pro výrobu součástek do různých přístrojů.
Ale abychom byli spravedlivý, najdou se i stinnější stránky:
Při tisku může docházet o něco častěji k tzv. stringování neboli odkapávání filamentu z trysky (v tiskařském slangu byste se mohli setkat i s pojmem "chlupatý tisk"). Projevuje se to tím, že již na vytisknutém modelů ulpívají drobné části filamentu (většinou je to způsobené tím, že z trysky stále vytéká filament, i když se extruder přesouvá na jinou polohu). |
Flexibilní materiál je potřeba tisknout poměrně pomalu, v opačném případě by mohlo dojít k ucpání trysky, která se projeví nekonzistentním prouděním filamentů, a to se hned odrazí i na vzhledu výtisku. |
- je hygroskopický
TPU/TPE patří mezi materiály, které jsou více náchylnější k nasáknutí vlhkosti z okolního prostředí. Bude tedy nutné klást větší důraz na správné skladování filamentu. O tom, jak mít správně filament uložený a jak ho vysušit, pokud už dojde k jeho zvlhnutí, se můžete dozvědět více v tomto článku.
- vyžaduje speciální nastavení tiskárny
Flexibilní materiály mají specifické vlastnosti a ty vyžadují i specifické nastavení tiskárny. Obzvláště pokud se s ním chystáte tisknout poprvé, budete si asi muset s ideálním nastavením tiskárny trochu pohrát.
- obtížnější postprocesing
Následná úprava výtisků může být o něco složitější než u ostatních nepružných materiálů.
- tisk při nižší rychlosti
Tisknout by se mělo při nižší rychlosti, což jde ruku v ruce s celkově delším časem tisku.
- obtížnější tisk s podpěry
Pokud se chystáte tisknout model, kde některé části budou vyčnívat a nebudou přímo navazovat na předchozí vrstvu, je potřeba přidat k modelu podpěry. Což by v případě flexibilních materiálů mohla být komplikace.
Shoreova stupnice tvrdosti
Přestože tato stupnice byla vynalezena už kolem roku 1920, používá se dodnes. Vynalezl jí američan Albert Ferdinand Shore, podle kterého si zasloužila i své pojmenování. Stupnice ukazuje míru odolnosti vůči mechanickému stlačení neboli jak hodně je konkrétní materiál tvrdý, a jak hodně veliké úsilí je potřeba k tomu, aby došlo k jeho zmáčknutí. Je to důležitý ukazatel v případě, že se rozhodujete vybrat si vhodný materiál pro tisk funkčního modelu.
Tvrdost se měří pomocí tvrdoměru, kterým se zatlačuje kulička, kužel nebo jehlan do materiálu a posuzuje se, jak velký odpor vůči tomu musí materiál vytvořit. Díky této zkoušce můžete porovnávat tvrdost u různých materiálu. Tvrdost Shore je hodnocena na mezinárodní stupnici tvrdosti pryže od 0 do 100, přičemž platí, že čím vyšší číslo, tím větší tvrdost. Ale aby to nebylo tak jednoduché, existují různé stupnice tvrdosti:
- Shore 00 měří materiály jako jsou pěny, gely a velmi měkké pryže
- Shore 0 měří měkké až střední pryže a měkké plasty
- Shore A měří pryže pro odlévání
- Shore B měří gumy a plasty střední třídy (je to vhodné měřítko, pokud pracujete s různými materiály)
- Shore C měří od středních pryží až po tvrdé plasty
- Shore D měří tvrdé pryže, polotuhé plasty a tvrdé plasty
Příkladem můžou být těsnící kroužky, u kterých je důležité, aby byly dostatečně pružné, ale zároveň i pevné. A to v různém poměru v závislosti na typu materiálu produkty, který chceme těsnit. Měkčí materiál je nejvhodnější pro utěsnění drsných povrchů, protože jeho pružnost a tvárnost zajistí, že se dokáže přizpůsobit nerovným oblastem a umožňují přesné utěsnění. Tvrdší materiál poskytuje větší odolnost proti mechanickému poškození, ale zase nabízejí menší flexibilitu, což z něho dělá nejlepší volbu pro utěsnění i oblastí, které jsou vystaveny vysokému tlaku. Tvrdé materiály, jako je polyuretan, se používají pro hydraulická těsnění a dobré měřítko pro jejich měření by bylo Shore C nebo D.
Pokud budete potřeba převádět mezi různými stupnicemi tvrdosti, skvěle vám k tomu poslouží tahle tabulka:
Shore stupnice - zdroj: https://www.totallyseals.com
Často používaná stupnice tvrdosti Shore A se zaměřuje na obecně měkčí a pružnější materiály. Stupnice udává, zda jsou konkrétní materiály extrémně měkké nebo tužší. Kromě měkkých pryží se dá na této stupnici i testovat polotuhé plasty (s vyššími výsledky).
Příklady ze stupnice Shore A:
Tvrdost 10A Shore: jedná se o extrémně měkký materiál, který má ale tu nevýhodu, že se rychle opotřebovává.
Tvrdost 20A Shore: filament s tímto shore skórem se hladce vytlačuje, ale jeho odolnost není stále příliš vysoká.
Tvrdost 40A Shore: materiál je o něco více odolnější, než jsou materiály s nižším Shore stupněm. Jeho využití je ideální pro modely, na které není kladen příliš velký mechanický tlak. Tvrdost je podobná gumě na tužce.
Tvrdost 70A Shore: tento materiál kombinuje skvěle pružnost a pevnost.
Tvrdost 90A Shore: materiál, který odolá většímu tlaku. Mají delší životnost a využít je můžete v dynamických aplikacích.