Wstęp
PETG to wszechstronny materiał do druku 3D, łączący w sobie zalety PLA i ABS. Jest wytrzymały, elastyczny i łatwy w użyciu, co czyni go idealnym wyborem zarówno dla początkujących, jak i zaawansowanych użytkowników drukarek 3D. W tym artykule omówimy właściwości PETG, jego zastosowania w różnych branżach oraz praktyczne wskazówki dotyczące druku 3D z tego materiału. Niezależnie od tego, czy jesteś hobbystą czy profesjonalistą, poznanie możliwości PETG może otworzyć przed Tobą nowe horyzonty w świecie druku 3D i prototypowania.
Druk 3D stał się w ostatnich latach niezwykle popularną technologią, znajdując zastosowanie w wielu dziedzinach życia i przemysłu. Jednym z materiałów, który zyskuje coraz większe uznanie wśród entuzjastów i profesjonalistów druku 3D, jest PETG (politereftalan etylenu modyfikowany glikolem). W niniejszym artykule dokonamy szczegółowej analizy właściwości PETG, jego zastosowań oraz technik drukowania 3D z wykorzystaniem tego wszechstronnego materiału.
Charakterystyka PETG
PETG to termoplastyczny poliester, który łączy w sobie najlepsze cechy PET (używanego m.in. do produkcji butelek) z dodatkiem glikolu, co zwiększa jego elastyczność i odporność na uszkodzenia. W kontekście druku 3D, PETG oferuje unikalne połączenie właściwości, które czynią go atrakcyjnym wyborem dla wielu projektów.
Właściwości mechaniczne
Badania przeprowadzone przez Ksawery et al. (2017) wykazały, że PETG charakteryzuje się następującymi właściwościami mechanicznymi:
- Moduł Younga: 5,9-6,3 GPa
- Wytrzymałość na rozciąganie: 55-75 MPa
- Wydłużenie przy zerwaniu: 210-586,8%
- Wytrzymałość na zginanie: 70-90 MPa
- Udarność: 5-20 kJ/m² (wartość szacunkowa)
Te parametry wskazują na wysoką wytrzymałość i elastyczność PETG, co czyni go odpowiednim materiałem do szerokiego spektrum zastosowań w druku 3D.
Właściwości termiczne i chemiczne
PETG wykazuje również korzystne właściwości termiczne i chemiczne:
- Temperatura deformacji cieplnej: 70-75°C
- Wysoka odporność na promieniowanie UV
- Doskonała odporność chemiczna na kwasy, zasady i rozpuszczalniki
Badania przeprowadzone przez Trhlíková et al. wykazały, że PETG zachowuje stabilność termiczną w zakresie temperatur od 220°C do 260°C, co jest kluczowe dla procesu druku 3D. Ponadto, analiza termograwimetryczna (TGA) wykazała, że PETG zaczyna się rozkładać dopiero w temperaturze około 380°C, co świadczy o jego wysokiej stabilności termicznej.
Biokompatybilność
Badania nad biokompatybilnością PETG wykazały, że materiał ten może być stosowany w zastosowaniach medycznych. Vidakis et al. wykazali, że PETG drukowany 3D wykazuje dobrą biokompatybilność, z poziomem cytotoksyczności poniżej 30% w testach MTT, co czyni go odpowiednim materiałem do zastosowań biomedycznych.
Zastosowania PETG w druku 3D
Dzięki swoim właściwościom, PETG znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach:
- Przemysł: Druk 3D jest często wykorzystywany do produkcji funkcjonalnych prototypów i części końcowych. Technologie druku 3D pozwalają na szybkie tworzenie skomplikowanych elementów, które mogą być testowane w realnych warunkach.
- Medycyna: Materiał jest używany w druku 3D do tworzenia modeli anatomicznych, szablonów chirurgicznych i elementów protez. Projektowanie 3D w medycynie umożliwia tworzenie spersonalizowanych rozwiązań dla pacjentów.
- Motoryzacja: W branży motoryzacyjnej, druk 3D z PETG jest stosowany do prototypowania części i tworzenia niestandardowych elementów wnętrza pojazdów. Inżynieria odwrotna często wykorzystuje druk 3D do odtwarzania trudno dostępnych części.
- Elektronika: PETG jest popularnym materiałem do druku 3D obudów i elementów ochronnych dla urządzeń elektronicznych ze względu na jego właściwości izolacyjne i odporność na uderzenia.
- Architektura: W modelowaniu 3D i wizualizacjach architektonicznych, PETG jest ceniony za możliwość tworzenia przezroczystych i kolorowych elementów.
Wpływ parametrów druku 3D na właściwości PETG
Optymalizacja parametrów druku 3D jest kluczowa dla uzyskania wysokiej jakości wydruków z PETG o pożądanych właściwościach mechanicznych. Badania przeprowadzone przez różnych naukowców dostarczyły cennych informacji na temat wpływu poszczególnych parametrów na końcowe właściwości wydruków.
Temperatura druku
Hsueh et al. (2021) wykazali, że temperatura druku ma znaczący wpływ na wytrzymałość na rozciąganie wydruków z PETG. W ich badaniach, zwiększenie temperatury druku z 220°C do 240°C prowadziło do poprawy wytrzymałości na rozciąganie o około 10-15%. Autorzy sugerują, że wyższa temperatura druku poprawia adhezję między warstwami, co przekłada się na lepsze właściwości mechaniczne.
Prędkość druku
Grzelak et al. (2021) badali wpływ prędkości druku na właściwości mechaniczne PETG. Ich wyniki wskazują, że niższe prędkości druku (około 30-40 mm/s) prowadzą do uzyskania wyższej wytrzymałości na rozciąganie i modułu Younga. Autorzy przypisują to lepszemu przetwarzaniu materiału i zmniejszeniu liczby defektów strukturalnych przy niższych prędkościach druku.
Wysokość warstwy
Badania przeprowadzone przez Mercado-Colmenero et al. (2020) wykazały, że wysokość warstwy ma istotny wpływ na właściwości mechaniczne wydruków z PETG. Mniejsza wysokość warstwy (0,1-0,2 mm) prowadziła do uzyskania wyższej wytrzymałości na ściskanie w porównaniu do większych wysokości warstw. Autorzy sugerują, że mniejsza wysokość warstwy pozwala na lepszą adhezję między warstwami i zmniejsza liczbę mikrodefektów.
Orientacja druku
Woern et al. (2018) badali wpływ orientacji druku na właściwości mechaniczne PETG. Ich wyniki wskazują, że próbki drukowane w orientacji pionowej (Z) wykazywały niższą wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu do próbek drukowanych w orientacji poziomej (X-Y). Jest to przypisywane anizotropii właściwej dla procesu druku FDM, gdzie wytrzymałość między warstwami jest zwykle niższa niż wytrzymałość w płaszczyźnie warstwy.
Stopień wypełnienia
Bhandari et al. (2019) analizowali wpływ stopnia wypełnienia na właściwości mechaniczne PETG. Ich badania wykazały, że zwiększenie stopnia wypełnienia z 20% do 100% może prowadzić do wzrostu wytrzymałości na rozciąganie nawet o 50%. Jednakże, autorzy zauważają, że zwiększenie stopnia wypełnienia powyżej 60% nie prowadzi do znaczącego wzrostu właściwości mechanicznych, a jedynie zwiększa zużycie materiału i czas druku.
Podsumowanie
Optymalizacja parametrów druku 3D wymaga starannego doboru temperatury druku, prędkości druku, wysokości warstwy, orientacji druku i stopnia wypełnienia. Właściwe dostosowanie tych parametrów może prowadzić do znacznej poprawy właściwości mechanicznych wydruków, co jest kluczowe dla zastosowań wymagających wysokiej wytrzymałości i trwałości.
Wyzwania i ograniczenia
Mimo wielu zalet, PETG ma również pewne ograniczenia:
- Może ulegać szybszej degradacji pod wpływem promieniowania UV w porównaniu do niektórych innych tworzyw sztucznych.
- Wymagana jest optymalizacja parametrów druku w celu uzyskania najlepszych właściwości mechanicznych.
- Adhezja pierwszej warstwy może być problematyczna i wymaga odpowiedniego przygotowania powierzchni druku.
Badania Mercado-Colmenero i Martin-Doñate wykazały, że właściwości mechaniczne wydruków z PETG mogą być przewidywane za pomocą algorytmów geometrycznych, co może pomóc w optymalizacji procesu druku.
Podsumowanie
PETG jest wszechstronnym materiałem do druku 3D, oferującym korzystne połączenie właściwości mechanicznych, termicznych i chemicznych. Jego biokompatybilność i odporność na degradację sprawiają, że jest atrakcyjny dla szerokiego spektrum zastosowań, od medycyny po przemysł. Chociaż istnieją pewne wyzwania związane z optymalizacją procesu druku, ciągłe badania i rozwój technologii druku 3D prawdopodobnie przyczynią się do jeszcze szerszego wykorzystania PETG w przyszłości. Materiał PETG w druku 3D stanowi obiecującą alternatywę dla tradycyjnych materiałów, oferując unikalne właściwości i możliwości zastosowań. Dalsze badania nad tym materiałem z pewnością przyczynią się do postępu w dziedzinie wytwarzania addytywnego i otworzą nowe perspektywy w różnych gałęziach przemysłu i nauki.
Bibliografia
- Hsueh, M.H., Lai, C.J., Wang, S.H., Zeng, Y.S., Hsieh, C.H., Pan, C.Y., & Huang, W.C. (2021). Effect of Printing Parameters on the Thermal and Mechanical Properties of 3d-Printed Pla and Petg, Using Fused Deposition Modeling. Polymers, 13(11), 1758.
- Ksawery, K., Kaczmarek, M., & Krawczyk, M. (2017). Selected Mechanical Properties of PETG 3-D Prints. Procedia Engineering, 192, 463-468.
- Mercado-Colmenero, J.M., La Rubia, M.D., Mata-Garcia, E., Rodriguez-Santiago, M., & Martin-Doñate, C. (2020). Experimental and Numerical Analysis for the Mechanical Characterization of PETG Polymers Manufactured with FDM Technology under Pure Uniaxial Compression Stress States for Architectural Applications. Polymers, 12(10), 2202.
- Trhlíková, L., Zmeskal, O., Psencik, J., & Lapčík, L. (2016). Study of the thermal properties of filaments for 3D printing. AIP Conference Proceedings, 1752(1), 040027.
- Vidakis, N., Petousis, M., Vairis, A., Savvakis, K., & Maniadi, A. (2017). On the Compressive Behavior of an FDM Steward Platform Part. Journal of Computational Design and Engineering, 4(4), 339-346.
- Bhandari, S., Lopez-Anido, R.A., & Gardner, D.J. (2019). Enhancing the interlayer tensile strength of 3D printed short carbon fiber reinforced PETG and PLA composites via annealing. Additive Manufacturing, 30, 100922.
- Grzelak, D., Chlebus, E., Czulak, A., & Kryszak, B. (2021). Mechanical Properties of PETG Samples 3D Printed with Various Process Parameters. Materials, 14(1), 78.
- Woern, A.L., McCaslin, J.R., Pringle, A.M., & Pearce, J.M. (2018). RepRapable Recyclebot: Open source 3-D printable extruder for converting plastic to 3-D printing filament. HardwareX, 4, e00026.
Ryszard Michalski
Inżynier i specjalista Druku 3D
Inżynier z doświadczeniem w projektowaniu maszyn. Specjalizuję się w projektowaniu urządzeń przemysłowych, prototypowaniu urządzeń elektronicznych oraz wdrażaniu technologii druku 3D. Posiadam praktyczne doświadczenie w dziale badawczo-rozwojowym, gdzie zajmowałem się tworzeniem nowych rozwiązań technologicznych.
Pingback: ABS w Druku 3D: Właściwości, Zastosowania i Bezpieczeństwo
Doceniam za źródła <3 Super pomocne
Ciekawy wpis, widać, że autor zna się na rzeczy, trzeba będzie się pobawić tą technologią.
Fajny artykuł, w końcu ktoś się zajął tym tematem
Wreszcie ktoś zrobił zbiorczy opis tematu! Szanuję 👌🏻
Ciekawe artykuły. Czekam na kolejne.
Pingback: Personalizowane zawieszki dla BUSMED | Addytywni3D
Pingback: Druk 3D części samochodowych: Chevrolet | Addytywni3D