Suunnittelijalle
3D-tulostettavan komponentin ja kokoonpanon suunnittelu
3D-tulostus tuo suunnittelijalle vapauksia, jotka eivät välttämättä ole mahdollisia perinteisillä valmistustekniikoilla. Valitsemalla 3D-tulostuksen valmistusmenetelmäksi suunnittelija voi luoda muotoja ilman, että tarvitsee tinkiä osan tai kokoonpanon toiminnallisuudesta.
Mihin käyttötarkoituksiin teolliset 3D‑tulostusmateriaalit soveltuvat?
Teolliset 3D‑tulostusmateriaalit soveltuvat laajasti muun muassa toiminnallisiin prototyyppeihin, jigeihin ja kiinnittimiin, varaosiin, kevennettyihin rakenteisiin, räätälöityihin komponentteihin. Oikein valittu materiaali mahdollistaa esimerkiksi painon optimoinnin, monimutkaiset sisäiset kanavat, integroituja toiminnallisuuksia sekä nopean iteroinnin ilman kalliita työkaluinvestointeja.
Miksi materiaalivalinta on kriittinen suunnitteluvaiheessa?
Materiaalivalinta määrittää pitkälti, kestääkö osa todelliset käyttöolosuhteet ja täyttääkö se turvallisuus‑, laatu‑ ja kustannusvaatimukset. 3D‑tulostuksessa materiaalin ominaisuudet kytkeytyvät myös prosessiin: esimerkiksi kerrosrakenne, anisotropia ja olosuhteiden kesto vaikuttavat lopputulokseen. Jos materiaali valitaan liian myöhään tai väärin, suunnitteluprosessi voi venyä, mikä viivästyksiä ja kustannuksia. Siksi materiaalin ja prosessin vuorovaikutus tulisi olla mukana suunnittelupäätöksissä alusta alkaen.
Mitä kysymyksiä suunnittelijan kannattaa esittää ennen materiaalin valintaa?
Suunnittelijan kannattaa systemaattisesti arvioida ainakin seuraavia kysymyksiä:
- Mekaaninen kuormitus: millaisia staattisia, dynaamisia ja iskukuormia osa kohtaa, ja mihin suuntiin?
- Lämpötila: mikä on käyttölämpötila‑alue, onko lämpösyklejä tai paikallisia kuumia pisteitä?
- Kemiallinen rasitus: altistuuko osa öljyille, liuottimille, kosteudelle, UV‑säteilylle tai muille kemikaaleille?
- Käyttöikä ja turvallisuus: mikä on vaadittu elinikä, onko kriittisiä turvallisuus‑ tai sertifiointivaatimuksia?
- Sarjakoot: onko kyse yksittäiskappaleista, pien‑ vai keskisuurista sarjoista, ja onko myöhemmin tarvetta skaalata tuotantoa?
Yleisimmät polymeerimateriaalit teolliseen 3D-tulostukseen
PETG (Polyeteenitereftalaatti-glykoli)
PETG on sitkeä ja kemiallisesti kestävä materiaali, joka yhdistää PLA:n helppokäyttöisyyden ja ABS:n paremmat mekaaniset ominaisuudet. Soveltuu kevyisiin loppukäytön osiin. Materiaalia saatavilla myös hiilikuituvahvistettuna, joka tekee materiaalista kovempaa ja kestävämpää. PETG:in suositeltu käyttöalue on -20°C-+70°C.
Vahvuudet:
- Hyvä iskunkestävyys ja sitkeys
- Parempi lämmönkesto kuin PLA:lla
- Hyvä kemiallinen kestävyys monia öljyjä ja liuottimia vastaan
Heikkoudet:
- Pehmeä pinta, naarmuuntuu helpommin verrattuna kovempiin materiaaleihin
Tyypillisiä käyttökohteita: Suojakotelot, kevyet koneensuojat, pienoismallit.
TPU (Termoplastinen polyuretaani)
TPU on joustava ja kumimainen 3D-tulostusmateriaali, jota käytetään, kun kappaleelta vaaditaan taipuisuutta, iskunkestävyyttä ja kulutuksenkestoa. TPU yhdistää kumin elastisuuden ja muovin kestävyyden, sillä TPU:ta valmistetut komponentit voivat venyä ja palautua muotoonsa ja kestää toistuvaa taivutusta murtumatta. TPU:n hyvä toimintalämpötila on noin -30°C-+60°C
Vahvuudet:
- Ylivertaiset elastiset ominaisuudet verrattuna muihin tulostettaviin materiaaleihin
- Kestävä ja pitäikäinen rakenne
Heikkoudet:
- Naarmuuntuu helposti käytössä
ABS / ASA (Akryylinitriilibutadieenistyreeni / Akryylinitriili-styreeni-akrylaatti)
ABS on perinteinen tekninen muovi, jolla on hyvä iskunkestävyys ja lämpötilankesto (-20°C -+80 °C ). ASA on UV-ja kosteuden kestävä ja materiaali, joten se sopii hyvin ulkokäyttöön. Nesteet diffundoituvat ABS:än ja ASA:an heikommin kuin PETG:in, mikä tekee niistä parempia materiaalivaihtoehtoja kosteudenkestoa vaativiin sovelluksiin. Molemmista materiaaleista saatavilla hiili-tai lasikuituvahvistettu versio, jossa paremmat mekaaniset ominaisuudet.
Molemmat materiaalit vaativat hallitun tulostusympäristön prosessissa syntyvien haitallisten höyryjen ja partikkelien syntymisen takia. Tämän takia näistä materiaaleista valmistettavat osat on hyvä jättää ammattilaiselle.
Vahvuudet:
- Hyvä iskunkestävyys ja sitkeys
- ASA: erinomainen UV- ja säänkesto ulkokäyttöön
Heikkoudet:
- Haju ja päästöt tulostuksen aikana (tarvitsee ilmanvaihdon)
Tyypillisiä käyttökohteita: Koneiden suojakotelot, kojelauta- ja sisätilakomponentit, kiinnittimet ja jigit, ulkokäytön kotelot ja kiinnikkeet (ASA).
PA (Polyamidi "nylon")
PA on erittäin sitkeä ja kulutuskestävä tekninen muovi, jolla on hyvä liukukäyttäytyminen ja väsymiskestävyys. Se soveltuu toiminnallisiin osiin ja mekaanisiin komponentteihin, jotka vaativat pientä kitkakerrointa. Käyttölämpötila on noin -40°C-+100°C.
Vahvuudet:
- Erittäin hyvä iskunkestävyys ja väsymiskestävyys
- Hyvä kulutuskestävyys ja alhainen kitka
- Hyvä lämmönkesto, tyypillisesti 80–120 °C
- Soveltuu toiminnallisiin, kemiallista kestävyyttä vaativiin komponentteihin
Tyypillisiä käyttökohteita: Liukukiskot, hammasrattaat, joustavat kiinnittimet, kulutuspinnat ja toiminnalliset prototyypit.
PC (Polykarbonaatti)
PC on erittäin luja ja lämpöä kestävä muovi, joka soveltuu vaativiin teknisiin sovelluksiin. Polykarbonaatista valmistettuun komponenttiin voidaan kohdistaa merkittävästi suurempia voimia kuin muihin tulostettaviin polymeereihin. Suositeltu käyttölämpötila on -40°C-+110°C.
Vahvuudet:
- Erittäin korkea iskunkestävyys
- Korkea lämmönkesto
- Hyvä mittapysyvyys kuormitettuna ja lämpötilan vaihdellessa
- Soveltuu suurta kestävyyttä ja sitkeyttä vaativiin sovelluksiin.
Heikkoudet:
- Kosteusherkkä, vaatii kuivan varastoinnin
- Materiaali ja tulostuslaitteisto ovat usein kalliimpia
Tyypillisiä käyttökohteita: Koneiden suojakuvut, iskuja kestävät kotelot, kuumissa ympäristöissä toimivat kiinnittimet ja jigit, sähkö- ja elektroniikkakomponenttien kotelot (mallista riippuen).
Mikäli teillä on tarvetta muille tulostettaville polymeerimateriaaleille, jätä tiedustelu! Löydämme varmasti materiaaliratkaisun, jolla päästään projektissanne eteenpäin.