Vodivé PLA (Polymelkynová kyselina) je materiál pro 3D tisk speciálně navržený pro přenos elektrického proudu. Tato vlastnost umožňuje výrobu dílů s integrovanými elektrickými obvody nebo antistatickými obaly pro použití s citlivou elektronikou. První filament s grafenem byl vyvinut společností Graphene 3D Lab v roce 2015. Graphene 3D Lab od té doby změnila své jméno na G6 Materials.
Vodivé PLA je nízkonákladový způsob napájení nízkonapěťových (0 až 60 V) elektronických zařízení, přičemž zároveň udržuje některé mechanické vlastnosti PLA. Přísady však do určité míry negativně ovlivňují mechanické vlastnosti PLA. Tisk s vodivým PLA nevyžaduje žádné speciální procesy. Stejná nastavení, která se používají pro standardní PLA, lze použít pro vodivé PLA. Typická rezistivita pro vodivé PLA je 0,6 Ω-cm. Hlavní výhody vodivého PLA jsou jeho nízké náklady a snadné použití.
Co je vodivé PLA 3D tiskové vlákno?
Vodivé PLA (Polymelkynová kyselina) 3D tiskové vlákno odkazuje na PLA vlákno, které je schopné přenášet elektrický proud. Vodivé PLA je jedním z nejpopulárnějších vodivých filamentů díky jeho snadnému použití a relativně nízkým nákladům. Podle nedávné studie vodivé PLA ukazuje slib v rozvoji senzorů pro použití v nositelné elektronice.
Jaké je složení vodivého PLA filamentu?
Vodivé PLA 3D tiskové vlákno se vyrábí smícháním vodivých přísad do základního polymeru PLA. Tyto přísady činí standardní PLA mírně vodivým. Některé z běžných přísad jsou uvedeny níže:
- Černý uhlík: Černý uhlík je práškový uhlík, který se často používá jako pigment. Pokud se však konkrétní stupeň černého uhlíku smíchá s PLA, zvýší se vodivost kompozitního filamentového materiálu. Černý uhlík je nejlevnější formou vodivého PLA 3D tiskového filamentu.
- Grafen: Grafen je rovinný list atomů uhlíku uspořádaných v šestiúhelném vzoru. Uspořádání atomů uhlíku znamená, že každý atom má jeden volný elektron, který napomáhá přenosu proudu.
- Kovy: Kovy jako měď nebo bronz mohou být smíchány do PLA pro zvýšení vodivosti. PLA s kovem má některé z nejlepších hodnot vodivosti.
Jaké jsou vlastnosti vodivého PLA filamentu?
Polymelkynová kyselina (PLA) je jedním z nejpopulárnějších 3D tiskových filamentů díky svým nízkým nákladům a snadnému použití. PLA je polokrystalický termoplast. Jeho částečně uspořádaná molekulární struktura mu dává výrazný bod tání, na rozdíl od amorfních polymerů, které nemají takový výrazný fázový přechod. Níže jsou uvedeny některé běžné vlastnosti vodivého PLA 3D tiskového filamentu:
- Procento částic vodivého PLA přidaných do základního polymeru je obvykle až 80% objemu.
- Rezistivita materiálu na rovině XY dílu, tj. paralelně s podložkou, je obvykle až 30 Ω-cm.
- Rezistivita materiálu podél osy Z dílu, tj. paralelně s podložkou, je obvykle až 115 Ω-cm.
- Maximální bezpečný proud, který může být přenesen skrze vodivé PLA, je obvykle až 100 mA. Maximální bezpečné napětí, které může být aplikováno na PLA, je obvykle až 60 V.
- Odpor 10 cm délky filamentu o průměru 1,75 mm je obvykle mezi 2000 a 3000 Ω.
Jaké jsou omezení 3D tisku s vodivým PLA?
Vodivé PLA 3D tiskové vlákno je oblíbenou volbou pro experimentování s elektrickými aplikacemi. Existují však některé nedostatky, které je třeba pochopit před použitím materiálu. Klíčové
výzvy při použití vodivého PLA filamentu jsou uvedeny níže:
- Vodivé PLA stále není velmi vodivé, přestože to tak jeho název naznačuje. Tyto materiály nabízejí malé množství vodivosti pro speciální aplikace, ale nejsou určeny k efektivnímu přenosu elektrického proudu. Nic není lepší než kovový vodič jako měděný drát.
- Přidání přísad jako je černý uhlík, grafen nebo kovový prášek zvýší křehkost PLA. PLA je již klasifikováno jako křehký materiál a vodivé PLA bude ještě náchylnější k praskání při nárazovém zatížení.
- Pouze nízkonapěťové komponenty mohou být napájeny prostřednictvím vodivého PLA. Tato charakteristika významně omezuje potenciální aplikace materiálu.
- Díl vytištěný s elektricky vodivým PLA 3D tiskovým filamentem bude mít nižší vodivost podél osy z kvůli tomu, že jednotlivé vrstvy dílu nejsou tak bezproblémově spojeny mezi sebou jako materiál v rámci konkrétní vrstvy.
- Jednou z velkých výhod vodivého PLA 3D tiskového filamentu je, že má ESD (elektrostaticky disipativní) vlastnosti. Tato vlastnost znamená, že na jeho povrchu nedovolí nahromadění statického náboje.
Proč se v 3D tisku používá vodivé PLA?
Vodivé PLA filament se hlavně používá pro řadu nízkonapěťových elektrických aplikací, některé z nich jsou uvedeny níže:
- Vodivé PLA 3D tiskové vlákno lze použít k vytvoření dílů, které mohou přenášet proud svou strukturou bez potřeby elektrického kabeláže. Tato aplikace je však omezena na nízkovýkonové aplikace, jako je napájení LED světla.
- Vodivé PLA 3D tiskové vlákno lze použít pro elektromagnetické a rádiové stínění k eliminaci rušení jiných signálů na citlivém elektronickém zařízení. Tento typ rušení může produkovat chybné čtení, které může zkreslit vědecké výsledky.
- Jedním z nejlepších využití pro vodivé PLA je pro kapacitní senzory, tj. senzory, které reagují na dotek. Tyto jsou nízkovýkonové aplikace, které nevyžadují vysoké úrovně vodivosti.
Jak používat vodivé PLA v 3D tisku
Tisk s vodivým PLA (Polymelkynová kyselina) 3D tiskovým filamentem je obecně stejně jednoduchý jako tisk se standardním PLA, s několika speciálními požadavky. Tyto požadavky jsou uvedeny níže:
- Uhlíkově naplněné vodivé PLA je velmi abrazivní. Proto se doporučuje tryska z tvrzené oceli.
- Vodivé PLA je velmi křehké. Proto je důležité zajistit, aby bylo vlákno co nejjemněji navedeno k trysce. Jakékoliv ostré zatáčky přetrhnou vlákno.
Jaká jsou nejlepší konfigurační nastavení pro 3D tisk s vodivým PLA?
Specifická nastavení pro tisk s vodivým PLA 3D tiskovým filamentem závisí na značce filamentu. Nicméně některé obecné pokyny pro tisk s vodivým PLA filamentem jsou uvedeny v tabulce 2 níže:
Tabulka 2: Nastavení tiskárny pro vodivé PLA
| Nastavení tiskárny | Hodnota |
|---|---|
| Teplota extruderu/trysek | 215 °C |
| Teplota podložky | 60 °C |
| Rychlost tisku | 25 a 45 mm/s (10 mm/s pro kov naplněný) |
| Průtok filamentu | 2 a 3 mm3/s |
| Šířka extruze | 0,45 mm |
Jaká je tavná teplota vodivého PLA filamentu?
Typická tavná teplota vodivého PLA je mezi 230-250 °C, ale stále se liší v závislosti na značce. Teploty extruderů různých vodivých PLA (Polymelkynová kyselina) 3D tiskových filamentů jsou uvedeny v tabulce 3 níže:
Tabulka 3: Doporučené teploty extruderů pro typické vodivé PLA 3D tiskové filamenty
| Typ filamentu | Teplota extruderu vodivého PLA filamentu (°C) |
|---|---|
| Protopasta Conductive PLA | 215 |
| Electrifi Metal-Filled Conductive PLA | 130 až 160 |
| Black Magic 3D Conductive Graphene PLA | 220 |
| Amolen Conductive PLA | 220 až 250 |
Je vyhřívaná tisková podložka nutná při tisku s
vodivým PLA?
Ne, vyhřívaná podložka není při tisku vodivého PLA striktně nutná. Nicméně pro větší díly může být nutná, aby se zabránilo zkroucení.
Jaká je dobrá tloušťka stěny pro 3D tisk vodivého PLA?
Optimální tloušťka stěny pro díl z vodivého PLA závisí na tom, jak bude výrobek používán. Pokud se používá pro ESD (elektrostatický výboj) obal, může být vyžadována silnější tloušťka stěny pro zlepšení strukturální integrity. Tento požadavek je způsoben tím, že vodivé PLA je strukturálně slabší než standardní PLA. Nicméně obecně bude tloušťka stěny 1 mm dostatečná pro většinu aplikací.
Jaká je dobrá hustota stěny pro 3D tisk vodivého PLA?
Hustota výplně pro vodivé PLA je nejlépe udržována na 100%, což znamená, že díl je zcela pevný. Pevná struktura bude efektivněji přenášet proud. Může být proto výhodné tisknout vodivé části designu odděleně, aby se ušetřilo na materiálu, protože vodivé PLA je dražší než standardní PLA.
Jaký je rozdíl mezi vodivým PLA a ABS v 3D tisku?
Vodivé PLA a vodivé ABS (akrylonitril butadien styren) budou obě přenášet elektrický proud podobným způsobem. Nicméně, vodivé ABS bude mít lepší houževnatost než vodivé PLA.
Tento článek představil vodivé PLA 3D tiskové filament, vysvětlil, co to je, a diskutoval o všech různých faktorech, které je třeba zvážit při jeho použití. Chcete-li se dozvědět více o vodivém PLA 3D tiskovém filamentu, kontaktujte zástupce Xometry.
Xometry poskytuje širokou škálu výrobních schopností, včetně 3D tisku a dalších přidaných hodnot pro všechny vaše potřeby prototypování a výroby. Navštivte naše webové stránky, abyste se dozvěděli více nebo požádali o bezplatnou, nezávaznou nabídku.
Zdroj: All About Conductive PLA 3D Printing Filament: Materials, Properties, Definition
