Technologia druku 3D nie ogranicza się wyłącznie do sztywnych polimerów. W przemyśle maszynowym i motoryzacyjnym ogromnym problemem jest dostępność nietypowych uszczelek, osłon i wibroizolatorów, których producenci już nie dostarczają. Odpowiedzią na to zapotrzebowanie jest druk 3D z materiałów elastycznych, takich jak TPU (Termoplastyczny Poliuretan) oraz TPE. Pozwalają one na jednostkową produkcję gumopodobnych detali bez konieczności ponoszenia ogromnych kosztów form wulkanizacyjnych. Poniższa analiza techniczna pomoże zlecającym dobrać odpowiednie parametry dla elementów elastycznych zamawianych na portalu Zlecenia3D.pl.
Skala twardości Shore’a – jak zdefiniować elastyczność detalu?
W przeciwieństwie do sztywnych tworzyw konstrukcyjnych, o których szczegółowo pisaliśmy w naszym zestawieniu materiałów do druku 3D (ABS, PET-G, Nylon), elastyczność TPU określa się za pomocą twardości metodą Shore’a (skala A). Zrozumienie tej skali jest kluczowe dla poprawnego zlecenia.
- Shore 95A (Twarda guma): Najpopularniejszy materiał elastyczny w druku FDM. W dotyku i pracy przypomina bieżnik opony wózka sklepowego lub twardy obcas buta. Poddaje się naciskowi, ale wymaga użycia siły. Idealny na odbojniki uderzeniowe i twarde uszczelki statyczne.
- Shore 85A (Miękka guma): Materiał znacznie bardziej elastyczny, porównywalny do podeszwy obuwia sportowego lub opony rowerowej. Trudniejszy w druku, ale doskonały do produkcji mieszków osłonowych i uszczelek dynamicznych.
Information Gain (Wskazówka eksperta): Elastyczność gotowego wydruku 3D zależy nie tylko od materiału (Shore), ale również od gęstości wypełnienia (infill) oraz liczby ścianek zewnętrznych (perimeters). Detal z TPU 95A wydrukowany ze 100% wypełnieniem będzie zachowywał się niemal jak twardy plastik. Zmniejszenie wypełnienia do 15% (struktura plastra miodu) sprawi, że ten sam element będzie łatwo sprężynował.
Przemysłowe zastosowanie materiałów Flex (TPU/TPE)
Możliwość drukowania z „gumy” rozwiązuje konkretne problemy inżynieryjne w utrzymaniu ruchu (UR). Do najczęściej zlecanych detali z TPU należą:
- Nietypowe uszczelki płaskie i O-ringi: Kiedy uszczelka o profilu asymetrycznym ulega zniszczeniu, można ją łatwo odtworzyć (np. poprzez usługę inżynierii odwrotnej i skanowania 3D).
- Amortyzatory drgań (Wibroizolatory): Przekładki montowane pod kompresorami lub ciężkimi maszynami CNC w celu redukcji rezonansu.
- Paski napędowe (Zębate): Do układów przeniesienia napędu pracujących pod niskim obciążeniem.
- Mieszki i osłony przeciwpyłowe: Elementy pracujące harmonijkowo, zabezpieczające siłowniki i śruby kulowe przed opiłkami zanieczyszczeń.
Ograniczenia projektowe (DFAM) dla materiałów elastycznych
Projektując element z TPU, należy pamiętać, że guma zachowuje się w drukarce zupełnie inaczej niż sztywny PLA. Jak wspominaliśmy w artykule o najczęstszych błędach w projektowaniu pod druk 3D (STL), unikanie podpór jest ważne. Przy TPU jest to krytyczne.
- Brak supportów (podpór): Struktur podporowych wydrukowanych z TPU nie da się łatwo wyłamać. Guma się rozciąga i rwie, a jej odcięcie nożykiem zostawia nieestetyczne, postrzępione ślady. Projekt musi opierać się na płaskiej bazie i kątach przewieszeń nie większych niż 45 stopni.
- Tolerancje pasowań: TPU jest „lepkie” i sprężyste. Otwory pod wałki powinny mieć mniejszą tolerancję niż w przypadku sztywnych materiałów, ponieważ elastyczny materiał naturalnie obaciśnie wciskaną część.
Dlaczego wydruki z TPU są wyceniane drożej?
Klienci zlecający druk uszczelki często dziwią się, że jej wykonanie kosztuje więcej niż takiego samego elementu z twardego PET-G. Wynika to bezpośrednio z kinetyki procesu produkcyjnego.
Termoplastyczny poliuretan jest miękki i ma tendencję do „zaginania się” wewnątrz ekstrudera drukarki (zjawisko tzw. zatorów). Aby temu zapobiec, maszyna musi pracować 2-3 krotnie wolniej niż standardowo (np. z prędkością 25 mm/s zamiast 80 mm/s). Wydłużony czas zajętości maszyny bezpośrednio przekłada się na wyższy koszt i wycenę usługi druku 3D.
Podsumowanie
Jeśli Twoja maszyna stoi z powodu braku pękniętego odbojnika lub uszczelki, druk 3D z TPU jest najszybszą metodą przywrócenia jej do pracy. Na portalu Zlecenia3D.pl znajdziesz wykonawców posiadających dedykowane maszyny z ekstruderami typu Direct Drive, które gwarantują wysoką jakość i szczelność elastycznych wydruków przemysłowych.
