Обоснование условий хранения термопластиков

Аннотация: В статье рассмотрена проблема хранения филамента (нити) для 3D-печати. Найден способ решения часто встречающихся проблем, примером может служить впитывание влаги и потеря свойств при последующей работе с таким материалом.

Известно, что качество 3D-печати зависит не только от характеристик оборудования, но и от свойств применяемых термопластиков, которые могут в значительной мере изменяться в зависимости от влажности воздуха и температуры окружающей среды. В связи с этим крайне важно выдерживать заданные условия хранения и транспортировки филамента (нити).

Важнейшим показателем при хранении термопластиков является соблюдение режима влажности воздуха. Стоит отметить, что пластики как таковые воду не впитывают, но большинство термопластиков, которые используются для 3D-печати, гигроскопичны и впитывают влагу из воздуха при нарушении технологии хранения. Неправильные условия хранения ведут к возникновению дефектов печати непросушенным филаментом, что ведет к браку деталей и уменьшению ресурса при их эксплуатации.

Деталь после 3D-печати, изготовленная из плохо просушенного термопластика может иметь следующие дефекты: увеличенную хрупкость; разложение филамента по слоям; увеличение размеров; разрыв филамента [1, 2, 3].

Термопластики для 3D-печати можно разделить на две группы: к первой отнесем те, которые в большей степени подвержены влиянию влаги, а ко второй – зависимые в меньшей мере. Например, нейлон может начать впитывать влагу всего после 18 часов пребывания на открытом воздухе. PVA-пластик растворяется водой. PLA и ABS также впитывают влагу (PLA больше, чем ABS).

От влаги может пострадать не только филамент, но и 3D принтер: из-за разбухшего термопластика может произойти забивание сопла, в результате чего возникнет необходимость его замены.

Рассмотрим процесс взаимодействия термопластика и воды с химической точки зрения. Все пластмассы, включая термопластичные филаменты для 3D-печати, являются полимерами. Полимер представляет собой материал, состоящий из нескольких повторяющихся мономеров. Когда мономеры соединяются, происходит полимеризация [4]. Однако это не односторонний процесс. Полимерные цепи могут и разрушаться, или деполимеризироваться, различными способами. Одним из таких способов является гидролиз. Гидролиз – это процесс, при котором молекулы воды разрушают полимерную цепь. Все сложные химические вещества образуются при гидролизе полимеров. Свойства материала изменяются в процессе гидролиза (собственно, они меняются всякий раз, когда длина полимерной цепочки уменьшается или увеличивается) – происходит потеря прочности на растяжение, изменение прозрачности и т. д.

При экструзии, впитавшей воду термопластиковой нити, влага испаряется и создает пузырьки воздуха и пустоты. Это может раскрывать полимерные цепи, сокращая их и ослабляя материал.

Для решения проблемы хранения филамента следует предусматривать мероприятия по предотвращению увлажнения материала. Для этого, например, могут быть использованы герметичные пакеты с влагопоглатителем или вакуумная упаковка [5, 6].

Герметичные пакеты с замком Zip-lock хорошо справляются с влагой при использовании помещенного внутрь влагопоглатителя (силикагеля). При использовании PLA или ABS силикагель является хорошей защитой от влаги.

Пакетики с силикагелем могут иметь разную форму и размеры. В некоторых случаях существует возможность повторного использования силикагеля после сушки. Однако это применяется редко, так как нет возможности определить насыщенность силикагеля влагой [7, 8].

Для лучшего хранения термопластиков и сохранения их физико-механических свойств хорошо показали себя упаковки силикагеля с индикатором насыщенности влагой. Силикагель в них меняет цвет от желтого или оранжевого до зеленого или синего в зависимости от влажности окружающего воздуха. Для возврата до первоначального состояния силикагель помещают в сушильную камеру на 3 часа с температурой 120 ^°C.

Рис. 1. Степень насыщенности влагой

Также для хранения термопластика можно использовать вакуумные пакеты. Они предохраняют филамент от любой влаги, запахов, плесени и бактерий. Кроме того, на пакетах должно быть две застежки, а не одна – так вакуум сохраняется лучше.

Рис. 2 Вакуумный пакет 

Если филамент уже впитал влагу, можно перед его использованием применить технологию сушки. При этом должен соблюдаться следующий температурно-временной режим: температура нагрева не должна превышать 70-80 ^°C; нахождение в сушильной камере 4-6 часов (в зависимости от вида термопластика) [9, 10].

Для сушки термопластиков с более низкой температурой стеклования, такого как PLA, используют более низкие температуры и большую выдержку.

Из вышесказанного видно, что соблюдение условий хранения филамента для 3D-печати является одним из важнейших критериев качества будущих моделей, обеспечить которое можно используя разнообразную влагозащитную упаковку или технологию сушки.

Список литературы

1. Дорохов А. С., Скороходов Д. М. Контроль геометрических и физико-механических параметров запасных частей сельскохозяйственной техники с использованием автоматизированной измерительной установки // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 122. С. 59-62.
2. Компьютерное проектирование в системе AutoCAD / А. С. Дорохов, Ю. В. Катаев, К. А. Краснящих, Г. М. Вялых. - М. : Изд-во РГАУ-МСХА. 2016. 80 с.
3. Выполнение чертежей с использованием cистемы «Компас-3D» / А. С. Дорохов, Е. Л. Чепурина, К. А. Краснящих, Ю. В. Катаев, Г. М. Вялых. - М. : Изд-во РГАУ-МСХА. 2016. 76 с.
4. Катаев Ю. В. Безразборная очистка двигателя от нагара // Сельский механизатор. 2011. № 9. С. 34–35.
5. Малыха Е. Ф., Катаев Ю. В., Вялых Д. Г. Дилерская форма организации технического сервиса машин // Наука без границ. 2017. № 8 (13). С. 29-34.
6. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники : учебное пособие / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Д. И. Петровский, Ю. В. Катаев. - М. : ФГБНУ «Росинформагротех». 2018. 184 с.
7. Перспективные направления использования нанотехнологий и наноматериалов при производстве и техническом сервисе автомобильной техники / А. С. Абрамов и др. Сборник статей Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященная 65-летию ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА. 2016. С. 216-218.
8. Система автоматизированного контроля управления техническим состоянием машин и оборудования / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, Т. А. Чеха // Сельский механизатор. 2016. № 9. С. 22-23.
9. Малыха Е. Ф. Составляющие технического сервиса // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2009. № 8-1. С. 65-67.
10. Дорохов А. С., Катаев Ю. В., Скороходов Д. М. Теоретическое обоснование классификации входного контроля качества машиностроительной продукции // Международный технико-экономический журнал. 2015. № 2. С. 49–54.

 

Материал поступил в редакцию 13.05.2018
© Свиридов А. С., Краснящих К. А., 2018