In 3D với vật liệu Nylon

1/ Vật liệu nhựa Nylon là gì?

Nylon lần đầu tiên được tổng hợp bởi DuPont, công ty hóa chất của Mỹ, vào năm 1935. Họ đã phát triển vật liệu để sử dụng thương mại và kể từ đó Nylon đã trở thành một ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp.

Nylon dùng để chỉ một nhóm chất dẻo được gọi là polyamit. Chúng hầu hết là vật liệu bán tinh thể và nói chung rất dai. Nó được tìm thấy trong nhiều biến thể nhưng những biến thể phổ biến nhất là Nylon 6, Nylon 6-6 và Nylon 12. Nó là một vật liệu nhiệt dẻo, tức là nó trở nên mềm khi đun nóng hoặc chất lỏng khi bị nung nóng vượt quá điểm nóng chảy và cứng lại khi làm mát. Quá trình làm nóng và làm mát này có thể được thực hiện nhiều lần mà không ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính hóa học hoặc cơ học vốn có của nó.

Vật liệu Nylon (polyamide) được sử dụng rộng rãi trong đời sống và kỹ thuật do tính cơ khí và tính chất hóa học độc đáo của nó. Nhờ các đặc tính như độ bền,tính linh hoạt và khả năng chống ăn mòn. Nylon lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực in 3D, như mục đích sử dụng cuối cùng các bộ phận hoặc đồ gá và đồ đạc tùy chỉnh.

1.1/ Đặc điểm của vật liệu Nylon

• Chịu va đập tuyệt vời
• Hệ số ma sát thấp
• Chống mài mòn cao
• Chống hóa chất tốt chống lại hóa chất hữu cơ và kiềm
• Tuổi thọ cao
• Chịu được nhiệt độ hoạt động lên đến 50 ° C
• Tương thích với các hỗ trợ PVA
• Để có chất lượng in tốt hơn, hãy sử dụng brim.

Tính chất cơ học

• Giá trị điển hình Phương pháp thử nghiệm
• Ứng suất đỉnh uốn * 6403 psi ASTM D790
• Mô đun uốn * 152 kpsi ASTM D790
• Độ bền kéo khi đứt * 6072 psi ASTM D638, Loại IV
• Độ bền kéo ở năng suất * 7582 psi ASTM D638, Loại IV
• Độ giãn dài khi kéo * 27% ASTM D638, Loại IV
• Mô-đun độ bền kéo * 200 kpsi ASTM D638, Loại IV
• Tác động izod có khía * 360 J / m ASTM D256

Tính chất nhiệt

• Giá trị điển hình Phương pháp thử nghiệm
• Chỉ số dòng chảy 5-15 g / 10 phút ASTM D1238
• Nhiệt độ lệch nhiệt * 110 ºC ASTM D648 tại 66psi

1.2/ Ứng dụng của Nylon

Một số ứng dụng phổ biến nhất của vật liệu nylon là:

• Trong ngành dệt may, nylon được sử dụng trong sản xuất dây câu cá và bao bì thực phẩm.
• Trong ngành công nghiệp thời trang, nylon được sử dụng làm vải để sản xuất các sản phẩm như hàng dệt kim, nội y, áo mưa, áo gió và quần áo thể thao dùng trong thể thao.
• Trong ngành công nghiệp điện tử, nylon được sử dụng làm chất cách điện và vỏ công tắc.
• Trong ngành công nghiệp ô tô, nylon được sử dụng trong sản xuất các bộ phận như ống nạp, tay nắm cửa và lưới tản nhiệt.
• Trong các sản phẩm tiêu dùng, nylon được sử dụng trong đồ thể thao như dây buộc đồ trượt tuyết và bánh xe trượt ván.
• Trong sản xuất máy móc cho các bộ phận chuyển động như bánh răng và con lăn.

2/ In 3D với vật liệu nylon

Nói đến vật liệu in 3D thì phải nhắc đến Nylon là một trong những vật liệu được người dùng chuyên nghiệp ưa chuộng nhất. Cụ thể là do sự phổ biến của nó ngoài thực tế so với in 3D. Nylon có nhiều ứng dụng nhờ các đặc tính độc đáo của nó và lợi ích của việc in 3D có nghĩa là các bộ phận có thể được chế tạo một cách dễ dàng và ít tốn kém.

Nylons có thể dễ dàng pha trộn với nhiều loại nhựa khác để tạo thành vật liệu tổng hợp, nâng cao các thông số hoạt động của chúng. Điều này được thực hiện rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô và một số vật liệu tổng hợp phổ biến trong in 3D là nylon chứa thủy tinh và nylon chứa sợi carbon. Nylon là một vật liệu linh hoạt và phù hợp với hầu hết các loại hoạt động sản xuất như ép phun, đùn và sản xuất bồi đắp (trong FDM, SLS & MJF).

Thông qua bài viết này, chúng tôi sẽ chia sẻ tất cả những gì bạn nên biết về in 3D Nylon. Nylon có thể được in 3D bằng cách sử dụng ba công nghệ khác nhau, đó là FDM, Selective Laser Sintering (SLS) và MultiJet Fusion (MJF). Tuy nhiên, phạm vi của bài viết này tập trung vào in 3D FDM.

2.1/ Tại sao nhựa nylon được sử dụng trong in 3D?

Giống như cách mà nylon đã trở thành một vật liệu phổ biến trong sản xuất truyền thống, nylon đã trở thành một vật liệu phổ biến để sử dụng với máy in 3D. In 3D cung cấp các lợi ích bổ sung của hình học không giới hạn, khả năng lặp lại và tùy chỉnh cũng như khả năng chi trả với khối lượng thấp ( sản xuất số lượng nhỏ).

1. Tính linh hoạt và độ bền của Nylon giúp các bộ phận in 3D có thành mỏng. Hệ số ma sát thấp với nhiệt độ nóng chảy cao làm cho nó có khả năng chống mài mòn đặc biệt và cho phép nó được sử dụng trong in 3d cho các bộ phận như bánh răng lồng vào nhau.
2. Nylon thể hiện các tính chất cơ học tương đương với ABS (một vật liệu được sử dụng rộng rãi khác trong sản xuất truyền thống và bồi đắp). ABS được định nghĩa bằng sức chịu tải của nó nhưng khả năng chống mài mòn và mỏi của Nylon làm cho nó vượt trội hơn cho các ứng dụng yêu cầu các đặc tính như vậy.
3. Ngoài những ưu điểm, nylon có một nhược điểm lớn thường có thể cản trở hiệu suất in của nó – tính hút ẩm, tức là đặc tính hút hơi nước. Thuộc tính này có hại trong việc cung cấp hiệu suất có thể dự đoán được. Nhưng chính đặc tính này giúp nylon dễ dàng trong quá trình xử lý sau với thuốc nhuộm vải và sơn phun, do đó nó thích hợp để sử dụng trong in các mô hình thẩm mỹ (trưng bày).

2.2/ Máy in 3D FDM in vật liệu nylon như thế nào?

Một thách thức trong in 3D nylon là nylon có tính hút ẩm cao. Ngay cả khi tiếp xúc trong thời gian ngắn với độ ẩm cao cũng có thể dẫn đến dây tóc bị “ướt”, khi in ra, có thể dẫn đến sự không nhất quán về độ chính xác của kích thước và độ bền của bộ phận. Do tính chất này, điều quan trọng là phải bảo quản sợi nhựa nylon ở nơi khô ráo. Máy in 3D FDM chuyên nghiệp được bao bọc để tránh độ ẩm một cách an toàn nhưng đối với người dùng mới làm việc với máy in để bàn DIY hoặc rẻ hơn, vật liệu sẽ tiếp xúc với không khí trong khi in. Điều này làm cho nó dễ bị ẩm. Hơi ẩm được nylon hấp thụ sẽ nóng lên khi nó đi qua lò sưởi và hơi ẩm tạo thành bong bóng chỉ để vỡ ra trong quá trình làm nóng. Sự bùng nổ này để lại những khoảng rỗ có thể nhìn thấy trong các bộ phận được in 3D, dẫn đến đầu ra kém.

Ngoài ra, nylon dễ bị cong vênh. Hiện tượng cong vênh xảy ra khi bản in được làm nguội không đồng đều và bản in bị uốn cong khỏi tấm bàn, làm biến dạng phần được in. Điều này có thể tránh được bằng cách dán lớp giấy in hiệu quả và sử dụng lớp lót đã được gia nhiệt để giữ cho lớp dưới cùng của bản in được làm nóng nhẹ để lớp này dính chặt vào lớp giấy trong suốt thời gian in. Để đề phòng thêm, có thể tắt quạt làm mát (tất cả các máy thái đều có tùy chọn tắt quạt trong khi in) trong khi in bằng nylon.

Tính chất vật liệu Nylon: 

PARAMETER	IMPERIAL	METRIC
Heat Deflection (ASTM 648, 66 psi)	196°F	91°C
Flexural Modulus (ASTM D790, 15 mm/min)	250,000 psi	1,700 MPa
Flexural Strength (ASTM D790, 15 mm/min)	14,000 psi	97 MPa
Tensile Strength at yield (ASTM D638, 50 mm/min)	9500 psi	66 MPa
Tensile Modulus (ASTM D638, 50 mm/min)	>320,000 psi	>2,200 MPa
Strain at Yield – Elongation (%)	>10%	>10%
Notched Impact Strength (ASTM D256)	>3.5 ft-lb/in	>187 J/m

2.4/ Lưu ý về vật liệu Nylon khi in 3D

• Đảm bảo Nylon khô trước khi in.
• Đặt nó trong lò nướng hoặc trong thiết bị khử nước ở 70ºC trong 6 đến 8 giờ. Sau khi sấy khô, bảo quản nó trong một bình chứa kín khí với chất hút ẩm.
• Không sử dụng quạt làm mát lớp và tránh phòng có gió lùa hoặc mát mẻ để có kết quả tốt nhất.
• Nylon thải ra mức độ khí thấp và các bụi mịn khi được in. Chúng tôi khuyên bạn nên in nó trong một khu vực thông gió tốt.

2.5/ Thiết lập các thông số khi in 3D với nhựa nylon

• Nhiệt độ đùn 240 ° C – 260 ° C
• Nhiệt độ bàn 65 ° C ( nhiệt độ này có thể đặt thấp hơn, do nhiệt tích tụ trong suốt quá trình in) Ngoài ra nhiệt độ cao sẽ ảnh hưởng tới độ bền các bộ phận máy, dễ hỏng hóc sau một thời gian ngắn sử dụng. Kèm theo đó là chi phí điện rất cao. Có thể tới 500W/h làm việc ( tùy kích thước bàn in)
• Tốc độ in: 30-60 mm/s
• Tốc độ retract: 40 mm/s
• Khoảng cách retract :  4mm
• Quạt làm mát : Không
• Chiều cao lớp tối thiểu : 0,2 mm
• Loại kết dính bàn in: Brim