Druk 3D zrewolucjonizował prototypowanie w inżynierii i architekturze. Wybór odpowiedniego filamentu to klucz do sukcesu – zły materiał może oznaczać nieudany prototyp, marnowanie czasu i pieniędzy. Przetestowałem najpopularniejsze filamenty w realnych projektach inżynierskich, aby pokazać, który materiał sprawdza się w różnych zastosowaniach i kiedy warto wydać więcej na specjalistyczne rozwiązania.

Podstawy: czym jest filament?

Filament to materiał w formie szpuli, który jest topiony i nakładany warstwa po warstwie przez drukarkę 3D. Składa się z granulatu polimerowego, który jest wytłaczany w cienką nić o średnicy 1,75 mm lub 2,85 mm.

Kluczowe parametry filamentu:

  • Temperatura drukowania – zakres, w którym materiał się topi
  • Wytrzymałość – odporność na obciążenia mechaniczne
  • Sztywność – moduł Younga, elastyczność
  • Odporność termiczna – temperatura, przy której traci właściwości
  • Skurcz – zmiana wymiarów po ochłodzeniu

PLA – najpopularniejszy, ale czy najlepszy?

PLA (Polilaktyd) to najczęściej używany filament, szczególnie dla początkujących.

Właściwości PLA

Parametr Wartość
Temperatura drukowania 190-220°C
Temperatura stołu 50-70°C (opcjonalnie)
Wytrzymałość na rozciąganie 50-60 MPa
Odporność termiczna 50-60°C
Skurcz 0,2-0,3%
Cena 40-80 zł/kg

Zalety PLA

1. Łatwość drukowania:

  • Nie wymaga podgrzanego stołu
  • Nie wydziela szkodliwych oparów
  • Szeroki zakres temperatur

2. Wysoka jakość powierzchni:

  • Gładka, błyszcząca powierzchnia
  • Dobre odwzorowanie detali
  • Minimalne zniekształcenia

3. Ekologia:

  • Biodegradowalny (w odpowiednich warunkach)
  • Wytwarzany z surowców odnawialnych

Wady PLA

1. Niska wytrzymałość:

  • Kruchy, łatwo pęka
  • Nie nadaje się do części obciążonych

2. Niska odporność termiczna:

  • Mięknie już przy 50-60°C
  • Nie nadaje się do części narażonych na ciepło

3. Niska odporność chemiczna:

  • Rozpuszcza się w niektórych rozpuszczalnikach
  • Nie nadaje się do kontaktu z chemikaliami

Zastosowanie PLA

PLA sprawdza się, gdy:

  • Prototypy wizualne (makietowanie)
  • Modele architektoniczne
  • Dekoracje i gadżety
  • Nauka druku 3D

PLA NIE sprawdza się, gdy:

  • Części funkcjonalne (obciążone)
  • Części narażone na ciepło
  • Części narażone na uderzenia

ABS – wytrzymałość i odporność termiczna

ABS (Akrylonitryl-Butadien-Styren) to klasyk w druku 3D, używany w przemyśle od dekad.

Właściwości ABS

Parametr Wartość
Temperatura drukowania 230-260°C
Temperatura stołu 80-100°C (wymagane)
Wytrzymałość na rozciąganie 40-50 MPa
Odporność termiczna 80-100°C
Skurcz 0,4-0,8%
Cena 50-100 zł/kg

Zalety ABS

1. Wytrzymałość:

  • Odporny na uderzenia
  • Elastyczny (nie kruszy się jak PLA)
  • Nadaje się do części funkcjonalnych

2. Odporność termiczna:

  • Wytrzymuje temperatury do 80-100°C
  • Nadaje się do części narażonych na ciepło

3. Możliwość obróbki:

  • Można szlifować, wiercić, gwintować
  • Można łączyć z acetonem (spawanie)

Wady ABS

1. Trudność drukowania:

  • Wymaga podgrzanego stołu
  • Wysoki skurcz = problemy z odklejaniem
  • Wydziela szkodliwe opary (styren)

2. Wymagania sprzętowe:

  • Drukarka z podgrzewanym stołem
  • Dobra wentylacja (opary)

3. Jakość powierzchni:

  • Mniej gładka niż PLA
  • Możliwe zniekształcenia (skurcz)

Zastosowanie ABS

ABS sprawdza się, gdy:

  • Części funkcjonalne (obciążone)
  • Części narażone na uderzenia
  • Części narażone na ciepło
  • Prototypy wymagające obróbki

ABS NIE sprawdza się, gdy:

  • Prototypy wizualne (PLA lepsze)
  • Małe detale (wysoki skurcz)
  • Drukarka bez podgrzanego stołu

PETG – kompromis między PLA a ABS

PETG (Poliester) to kompromis między łatwością PLA a wytrzymałością ABS.

Właściwości PETG

Parametr Wartość
Temperatura drukowania 220-250°C
Temperatura stołu 70-80°C (zalecane)
Wytrzymałość na rozciąganie 50-55 MPa
Odporność termiczna 70-80°C
Skurcz 0,2-0,5%
Cena 60-120 zł/kg

Zalety PETG

1. Łatwość drukowania:

  • Łatwiejszy niż ABS
  • Mniejszy skurcz niż ABS
  • Może działać bez podgrzanego stołu (choć niezalecane)

2. Wytrzymałość:

  • Wytrzymalszy niż PLA
  • Odporny na uderzenia
  • Nadaje się do części funkcjonalnych

3. Przezroczystość:

  • Może być przezroczysty (zależnie od producenta)
  • Nadaje się do obudów

Wady PETG

1. Lepkość:

  • Bardzo lepki podczas drukowania
  • Może zatykać dyszę
  • Wymaga wyższej temperatury

2. Jakość powierzchni:

  • Mniej gładka niż PLA
  • Możliwe "struny" między elementami

3. Cena:

  • Droższy niż PLA i ABS

Zastosowanie PETG

PETG sprawdza się, gdy:

  • Części funkcjonalne (kompromis wytrzymałość/cena)
  • Obudowy i pudełka
  • Części narażone na wilgoć (wodoodporny)
  • Prototypy wymagające przezroczystości

TPU – elastyczność i amortyzacja

TPU (Poliuretan termoplastyczny) to elastyczny filament, używany do części wymagających amortyzacji.

Właściwości TPU

Parametr Wartość
Temperatura drukowania 220-250°C
Temperatura stołu 50-70°C
Wytrzymałość na rozciąganie 30-50 MPa
Elastyczność 300-600% (zależnie od twardości)
Twardość Shore 85A-95A
Cena 80-150 zł/kg

Zalety TPU

1. Elastyczność:

  • Może się rozciągać 300-600%
  • Amortyzuje uderzenia
  • Nadaje się do uszczelek, podkładek

2. Wytrzymałość:

  • Odporny na zużycie
  • Odporny na oleje i chemikalia
  • Długotrwała wytrzymałość

Wady TPU

1. Trudność drukowania:

  • Bardzo lepki
  • Wymaga wolnego drukowania
  • Może zatykać dyszę

2. Cena:

  • Droższy niż standardowe filamenty

Zastosowanie TPU

TPU sprawdza się, gdy:

  • Uszczelki i podkładki
  • Części amortyzujące
  • Obudowy elastyczne
  • Części narażone na wibracje

Materiały specjalistyczne

Carbon Fiber (włókno węglowe)

Charakterystyka:

  • Filament z dodatkiem włókna węglowego (PLA/ABS/PETG + CF)
  • Wytrzymałość: 2-3x wyższa niż standardowe filamenty
  • Sztywność: 3-5x wyższa
  • Cena: 150-300 zł/kg

Zastosowanie:

  • Części wymagające wysokiej wytrzymałości
  • Części wymagające sztywności
  • Prototypy części kompozytowych

Uwaga: Wymaga dyszy ze stali nierdzewnej (włókno węglowe ściera mosiądz).

Wood (drewno)

Charakterystyka:

  • Filament z dodatkiem mączki drzewnej (PLA + drewno)
  • Wygląd: Wygląda jak drewno po obróbce
  • Cena: 80-150 zł/kg

Zastosowanie:

  • Prototypy mebli
  • Dekoracje
  • Modele architektoniczne z efektem drewna

Metal (metaliczny)

Charakterystyka:

  • Filament z dodatkiem proszku metalicznego (PLA + metal)
  • Wygląd: Wygląda jak metal po obróbce
  • Cena: 100-200 zł/kg

Zastosowanie:

  • Prototypy części metalowych
  • Dekoracje z efektem metalu
  • Modele wymagające metalicznego wyglądu

Porównanie filamentów – tabela

Filament Wytrzymałość Odporność termiczna Łatwość druku Cena Zastosowanie
PLA Niska Niska Bardzo łatwa Niska Prototypy wizualne
ABS Średnia Wysoka Trudna Niska Części funkcjonalne
PETG Średnia-wysoka Średnia Średnia Średnia Kompromis
TPU Średnia Średnia Trudna Wysoka Elastyczne części
Carbon Fiber Bardzo wysoka Wysoka Trudna Bardzo wysoka Wysoka wytrzymałość
Wood Niska Niska Łatwa Średnia Dekoracje
Metal Niska Niska Średnia Wysoka Efekt metalu

Rekomendacje dla różnych zastosowań

Prototypy wizualne (makietowanie)

Rekomendacja: PLA

Dlaczego:

  • Najlepsza jakość powierzchni
  • Łatwe drukowanie
  • Niska cena
  • Wystarczająca wytrzymałość dla makiet

Przykład: Modele architektoniczne, prezentacje klientom.

Części funkcjonalne (obciążone)

Rekomendacja: PETG lub ABS

Dlaczego:

  • Wytrzymałość na obciążenia
  • Odporność na uderzenia
  • Możliwość obróbki

Przykład: Zawiasy, uchwyty, obudowy.

Części narażone na ciepło

Rekomendacja: ABS

Dlaczego:

  • Odporność termiczna do 80-100°C
  • Nie mięknie w wysokich temperaturach

Przykład: Części w pobliżu źródeł ciepła, obudowy elektroniki.

Części elastyczne

Rekomendacja: TPU

Dlaczego:

  • Elastyczność 300-600%
  • Amortyzacja uderzeń
  • Odporność na zużycie

Przykład: Uszczelki, podkładki, obudowy elastyczne.

Części wymagające wysokiej wytrzymałości

Rekomendacja: Carbon Fiber

Dlaczego:

  • Wytrzymałość 2-3x wyższa
  • Sztywność 3-5x wyższa
  • Nadaje się do części obciążonych

Przykład: Części konstrukcyjne, prototypy kompozytowe.

Najczęstsze błędy w wyborze filamentu

Błąd 1: PLA do części funkcjonalnych

  • Problem: PLA jest kruchy, pęka pod obciążeniem
  • Rozwiązanie: Użyj PETG lub ABS

Błąd 2: ABS bez podgrzanego stołu

  • Problem: ABS odkleja się, zniekształca
  • Rozwiązanie: Użyj podgrzanego stołu lub wybierz PETG

Błąd 3: Ignorowanie skurczu

  • Problem: Części nie pasują, zniekształcenia
  • Rozwiązanie: Uwzględnij skurcz w projekcie (0,2-0,8%)

Błąd 4: Zbyt wysoka temperatura

  • Problem: Degradacja materiału, zła jakość
  • Rozwiązanie: Użyj temperatury z zakresu producenta

Błąd 5: Ignorowanie wilgoci

  • Problem: Filament wchłania wilgoć = zła jakość druku
  • Rozwiązanie: Przechowuj w suchym miejscu, susz przed drukiem

Podsumowanie

Wybór filamentu zależy od zastosowania, wymagań i budżetu. Dla większości prototypów inżynierskich PETG to najlepszy kompromis między łatwością druku, wytrzymałością i ceną.

Złote zasady:

  1. PLA – dla prototypów wizualnych (makietowanie)
  2. PETG – dla części funkcjonalnych (kompromis)
  3. ABS – dla części narażonych na ciepło
  4. TPU – dla części elastycznych
  5. Carbon Fiber – dla części wymagających wysokiej wytrzymałości

Rekomendacja końcowa: Zacznij od PLA (nauka) i PETG (części funkcjonalne). To pokryje 80% potrzeb. Jeśli potrzebujesz wytrzymałości lub elastyczności, rozważ ABS lub TPU. Specjalistyczne materiały (Carbon Fiber, Wood, Metal) tylko dla specyficznych zastosowań.