Műanyagszál, a 3D nyomtatás alapja

A szálbehúzásos 3D nyomtatás alapanyagát, a kompozit szálakat filamentnek hívjuk. Rengeteg fajtája létezik, különböző anyagokból gyártják, számtalan színben és formában kapható. Ma Magyarországon is több cég foglalkozik ezek előállításával, ezért Dr. Bodnár Zsolt vegyészmérnököt, a Philament vezető fejlesztőjét kérdeztük, mit érdemes tudni a legelterjedtebb 3D nyomtatók alapanyagairól.

Tegyük fel, hogy bemegyek egy 3D kellékanyagokat árusító boltba. Fogalmam sincs, hogy mit kell nézni, csak azt látom, hogy ötezer forinttól 30-40 ezer forintig mindenféle filamentet árulnak. Mi okozza a hatalmas árkülönbözetet?

Alapvetően meg kell különböztetni általános használatra készült, illetve technikai filamenteket. A technikai filamentek speciális célokra készülnek, egy-egy iparág igényeihez igazodva. Ez, és a gyártók közötti különbségek együtt okozzák az árbeli eltéréseket. Más az ára például az Amerikából és más a Kínából származó PLA alapanyagnak is.

[+]

Szűkítsük a kört, nekem egy egyszerű, fehér színű PLA-ra van szükségem. Még mindig hatalmas a szórás.

A különbség abból is eredhet, hogy bizonyos gyártók – mi is ide soroljuk magunkat – magasabb elvárásoknak megfelelő anyagokat gyártanak. Maradjunk a fehér színű példánál: mi olyan fehér színű filamentet állítunk elő, amelyik akkor is fehér, ha egy rétegben nyomtatjuk, nem lesz áttetsző. Másrészt fontos szempont lehet az is, hogy a nyomtatott tárgy mennyire áll ellen a különböző időjárási körülményeknek.

A mi filamentjeink UV stabilizátorral készülnek, azaz alkalmasak kültéri alkalmazásra is. Receptúránkban az alap polimer és a színezőanyag mellett elég sok mindent belekeverünk, például belső csúsztatót, ami azért kell, hogy a nyomtatóban jobban mozogjon az anyag, könnyebb legyen vele dolgozni. Másrészt lágyabbak is, nem törnek olyan könnyen, mint egyes alsókategóriás anyagok, ahol erre nem fordítottak megfelelő figyelmet. Ezek az adalékanyagok természetesen drágítják a filamentet, de teret engednek a többrétű felhasználásnak, és lényegesen jobb felhasználói élményt biztosítanak.

A jó filament engedi a játékot

A belső csúsztatók másik nagy előnye, hogy a nyomtatási sebességet meg lehet növelni, ami ugye az átlagfelhasználók számára meglehetősen kritikus pont. A filamentjeinket igyekszünk úgy fejleszteni, hogy a nyomtatók alapbeállításaival lehessen sikeresen használni őket, mert nem mindenki akarja vagy tudja egyedileg állítgatni a sebességet, hőfokot, stb. Törekszünk az "out of the box" élményre, mert nincs annál rosszabb, ha valaki megveszi a nyomtatót, a kellékanyagokat, és már az első néhány próbálkozása kudarcba fullad.

Az, hogy az önök filamentjeiben több az adalékanyag, az előnyökön túl jár valamilyen hátránnyal?

Ha itt arra gondol, hogy esetleg több kellene az egyik, vagy a másik anyagból, akkor megnyugtatom, ilyenről szó sincs. Bármelyik gyártó filamentjét használjuk is, azonos mennyiségű anyagot használ fel hozzá a nyomtató.Nem fogok tudni negatívumot mondani, a fejlesztéseknél az is egy fontos szempont, hogy az adalékanyagok hozzátegyenek a végtermékhez, ne pedig gyengítsenek rajta.

Ha már szóba kerültek a hőmérsékletek, a tesztnyomtatás közben azt tapasztaltuk, hogy az elkészült tárgyak felületét alapvetően határozza meg a nyomtatási hőfok. Ez mennyire tudatos?

A filamentjeink teret engednek a játéknak. Alacsonyabb hőfokon matt, magasabbon fényes felületek érhetők el.  Ezt nem sok filamenttel lehet megcsinálni. A tudatosság kérdése izgalmas, mert a véletlenek és a fejlesztési irányok összefüggenek. Folyamatosan tesztelünk, próbálkozunk új dolgokkal. Van, ami bejön, van, amivel más hatások is járnak. Rengeteget foglalkozunk kutatás-fejlesztéssel, éppen emiatt.

Figyelembe veszik a vásárlói visszajelzéseket is?

Természetesen, sőt kifejezetten támaszkodunk ezekre. Vannak olyan partnereink, akiket aktívan bevonunk a kísérletekbe, sok hasznos információt tudunk így begyűjteni. Megpróbáljuk beépíteni az így megszerzett tudást is a technológiába. Annyira gyorsan változik ma ez a piac, hogy csak úgy lehetünk sikeresek, ha együtt gondolkodunk.

Ha már adalékok, ejtsünk pár szót arról, hogy mennyire veszélyesek ezek az anyagok.

Ez egy elég nyitott kérdés, azt hiszem az a legegyszerűbb, ha a válaszomban a PLA és az ABS kettősére korlátozódunk. A nyomtatások 95 százaléka úgyis ezekkel a filamentekkel történik.

A PLA egy sokkal természetesebb anyag, kukoricából készítik, komposztálási körülmények között gyönyörűen lebomlik, víz és széndioxid keletkezik. Az ABS ezzel szemben kőolajból készül, lebomlásról ebben az esetben nem beszélhetünk.

Mi a helyzet a nyomtatáskor keletkező gőzökkel, gázokkal, porokkal?

Egyik esetben sem keletkeznek porok. Ez egy tipikus, a 3D nyomtatással kapcsolatos tévhit. Nincs por, nincs mikroszemcse, egyszerűen nem is keletkezhet. Gőzök és gázok igen, ezeket észleljük is. A PLA esetében, ha túl magas hőmérsékleten dolgozunk vele, "megsütjük", akkor lehet érezni ezt a jellegzetes, enyhén édeskés kifliszagot, tehát egyáltalán nincs műanyagszaga. Az égett keményítő szagát érezzük ilyenkor. Az ABS esetében jól azonosítható égett műanyagszagot fogunk érezni, amit mindenki ismer. Az ABS esetében nyomtatás során a polimer degradációjából (széttördelődéséből) adódó fragmensek, monomerek szabadulnak fel.

Miben jobb az ABS, miben a PLA?

Ez milyen mennyiségben számít egészségre károsnak?

Hogy ez mennyire lehet mérgező, arra előírások, szabványok vannak. Itt arról van szó, és én ezt teljesen megértem, az ABS büdös. Egészségkárosító hatásról egy jól szellőztetett szobában, az otthoni felhasználásra szánt nyomtatók mellett nem hiszem, hogy beszélhetünk. Sokkal hamarabb válik kellemetlenné a szagélmény, minthogy tényleges kockázatot jelentsen.

Azért is nehéz erre a kérdésre válaszolni, mert ABS és ABS között is nagy eltérések vannak, nekünk is vannak olyan filamentjeink, amik annak ellenére nem büdösek, hogy ABS az alapjuk. Ráadásul nagyon sok múlik a nyomtatási paramétereken is, értelemszerűen magasabb hőmérsékleten nagyobb a kipárolgás is. Félni nem kell tőle, inkább csak kellemetlen.

Ha ennyire jó anyag a PLA, miért tart ki például a LEGO az ABS mellett?

Az ABS egyrészt olcsóbb, másrészt az ütésállósága is sokkal jobb, az iparban régóta dolgoznak vele. A másik oldal, hogy a PLA hatvan fokon lágyul, ami egy gyerekjáték esetében nem szerencsés. Egyébként vannak már olyan hírek, hogy a LEGO-nak is lesz majd egy zöldebb változata.

(forrás: Dr. Bodnár Zsolt, Philament) [+]

Mennyire lehetünk biztosak? Mit garantálnak a szabványok?

Az általunk használt alapanyagok elsősorban az autóiparból jönnek. Elég régóta dolgoznak velük. Ha pedig megnézzük, hogy ott mi a helyzet, az autóiparban "kegyetlenek a minőségi előírások". Ezek nem kísérleti anyagok, jól dokumentált szakirodalmuk van. Az már egy más kérdés, hogy összekeverjük őket, és ilyen formán a kompaundálás révén újszerű anyagok jönnek létre.

A másik híres internetes legenda, hogy a PLA alapú nyomtatott tárgyak meglehetősen gyorsan lebomlanak. Ennek van alapja?

A PLA szobahőmérsékleten, normál körülmények között bármeddig eltartható. Akkor kezd el lebomlani, ha földbe tesszük, megemeljük a hőmérsékletet 50-60 fokra, és bacilusokat, gombákat eresztünk rá. Ezt viszont komposztálásnak hívják, és nem túl gyakori felhasználási mód, abban az értelemben semmiképp, hogy véletlenül ez történjen.

Jó analógia azt hiszem a fa. Gondoljunk bele, akár száz, vagy annál is több évig bútor marad a bútor, nem bomlik le. A földben, a természetben mégis elrohad. Harminc éve pont ez jelentette a biopolimerek területén az áttörés, hogy képesek voltak előállítani a PLA-t. Tehát egy olyan anyagot, amit bátran használhatunk, viszont ha akarjuk, akkor elbomlik.

(forrás: Dr. Bodnár Zsolt, Philament) [+]

Technikai filamentek

Mit lehet tudni a technikai filamentekről? Gyártanak például speciálisan modellezéshez is műanyagszálakat. Ezeket hogyan kell elképzelni?

Különböző koncentrációkat teszünk a műanyagmátrixba. Ebben találhatók a gipsz szemcsék. Ha sokat teszünk bele, egy folyósabb anyagot kapunk, cserébe sokkal gipszesebb a kinézete, jobban csiszolható, festhető. Ha kevesebbet, akkor a műanyagos jegyek dominálnak. Éppen ezért jelenleg három különböző termékünk is van, ahol gipszet használunk. A Naturalban elég kevés van, leginkább csak a színe miatt, illetve egy ilyen mattos, természetes hatást kölcsönözzön a nyomatott tárgyaknak. Nagyjából 20 százalék gipszet tartalmaz a Modell, ez kifejezetten a modellezők igényeire van szabva. Ebből nagyon részletgazdag dolgokat lehet nyomtatni, matt felülettel, gipszes színnel. Ez jól kezelhető, csiszolható, alakítható, festhető, fúrható. A Gypsumba tettük a legtöbbet, ezzel kicsit nehezebb dolgozni, de ez hasonlít a legjobban a gipszre.

Mekkora piaca van ma Magyarországon a filamenteknek? Vannak-e exportterveik?

Egy éve kezdtük el a gyártást. Az elsődleges cél a magyar piac volt, ezt követte az osztrák, decemberben kezdtük el a nyugat-európai terjeszkedést. Konkrét számokat nem mondanék, de engedje meg, hogy érzékeltessem: egy év gyártás után ott tartunk, hogy már a második gépsort üzemeljük be, mert akkora a kereslet, hogy szükség van rá. Azt hiszem, ez mindennél többet mond, hogy nem csak túléltük az első évet, de máris szükség volt a kapacitásbővítésre.

Mit szabad elárulnia az új gyártósorról?

Nem sokat. Egy részét mi magunk terveztük, tehát a saját igényeinkre szabhattuk. Ez még modernebb, mint az első, és nagyobb is valamivel. Ennél többet viszont nem árulnék el róla.

(forrás: Philament) [+]

Kivel kell versenyezni? Belföldi, vagy külföldi konkurenciával?

Magyarországon rajtunk kívül egy gyár van még, tehát leginkább nemzetközi versenytársakról beszélhetünk. A technikai termékeknél kisebb a verseny.

Említette, hogy sokat foglalkoznak kutatás-fejlesztéssel. Mennyi ideig tart egy új filament kifejlesztése?

Ezt így nem tudom megmondani, nagyon sok mindenen múlik. Nem csak arról van szó, hogy össze tudjuk-e keverni a dolgokat, hanem hogy aztán ipari gyártásra is alkalmassá kell tenni, könnyen használhatónak kell maradnia, és a költségekkel sem szállhatunk el. Ha azt mondom, csak piros színű PLA-ból van legalább ötvenféle a laborban, nem túlzok.