Globalny rynek termoplastycznych elastomerów poliamidowych wart jest 1,535 mld dolarów i rośnie w tempie 5,8% rocznie. Czynnikiem rozwijającym jest m.in. zastosowanie tego materiału w produkcji akcesoriów sportowych. Projektanci i inżynierowie wybierają elastomery do produkcji komponentów o określonych właściwościach odnośnie amortyzacji lub wysokiej udarności.
W przemysłowym druku 3D podobnie jak w innych metodach wytwarzania, czyli np. formowaniu wtryskowym, wytłaczaniu i rozdmuchiwaniu, zastosowanie tych termoplastycznych tworzyw sztucznych jest dużo efektywniejsze, niż materiałów gumowych.
Co to są elastomery?
Elastomery termoplastyczne to klasa polimerów, które mają zarówno właściwości termoplastyczne, jak i elastyczne, co oznacza, że są odporne na ciepło i trwałe, ale jednocześnie także rozciągliwe. Mogą być topione i przekształcane bez uszczerbku dla właściwości chemicznych lub mechanicznych materiału, a odpady nadają się do ponownego wykorzystania jako częściowy zamiennik pierwotnego tworzywa sztucznego. TPE (lub też TPA – termoplastyczne poliamidy) i TPU (termoplastyczne poliuretany) należą do najpopularniejszych kategorii termoplastycznych elastomerów – i chociaż wiele osób używa tych terminów zamiennie, to są pomiędzy nimi kluczowe różnice. Po pierwsze, TPE to kategoria obejmująca szeroką gamę termoplastycznych elastomerów, podczas gdy TPU odnosi się do mniejszego podzbioru i jest zdecydowanie nowszy w branży produkcyjnej.
Elastomery jako gumopodobne tworzywa termoplastyczne oferują dużą rozciągliwość i zwrot energii, ale ponadto również wysoką odporność chemiczną, giętkość i wytrzymałość – co umożliwia producentom wytwarzanie wielu elementów, z którymi codziennie mamy do czynienia – od dętek rowerowych po uszczelki.
Części wydrukowane w 3D z elastomerów mogą być lżejsze, bardziej wytrzymałe, ponadto zoptymalizowane pod względem kształtu, liczby elementów w złożeniu, wydrążone w środku, wzmocnione (dzięki zastosowaniu struktury kratowej) etc.
Podstawowe różnice
Porównując elastomery stosowane w przemysłowym druku 3D należy zwrócić uwagę na dwie kluczowe różnice – odporność na niskie temperatury oraz wytrzymałość pod obciążeniem. Ostatni z wprowadzonych do portfolio materiałów dla technologii HP Multi Jet Fusion 3D – uważanej dzięki systemom z serii 5210 3D, za przemysłowe rozwiązania addytywne – TPA ma gęstość zaledwie 1,01 g / cm³ przy twardości w skali Shore A wynoszącej 90, co oznacza, że jest sztywniejszy niż inne elastomery. Dla porównania TPU Ultrasint ma twardość 88. TPA charakteryzuje się również dużym wydłużeniem przy zerwaniu w chłodniejszych warunkach, czego nie oferują inne elastomery. Materiał pozostaje elastyczny w niskich temperaturach, dzięki czemu nie staje się kruchy, ani nie pęka, sprawdzając się w produkcji np. sprzętu narciarskiego.
Porównując inne właściwości elastomerów przeznaczonych do druku w technologii HP MJF 3D, można zaobserwować, że materiały oferują różną wytrzymałość na obciążenia. Najlepiej w testach wypada TPU Ultrasint (specyfikacja techniczna – tutaj). Łączy on trwałą elastyczność z wysoką odpornością na zużycie i ścieranie, dzięki czemu jest doskonałym materiałem do prototypowania i produkcji, w których potrzebna jest dobra amortyzacja wstrząsów i elastyczność na miarę gumy w szerokim zakresie temperatur.
Wydruki z TPA w odróżnieniu od tych z TPU są bardziej miękkie „w dotyku” oraz mają nieco mniejszą odporność chemiczną. Obecnie jeszcze trwają testy pod kątem różnych norm dotyczących zdrowia i bezpieczeństwa, w tym palności UL, REACH, RoHS i WWA odnośnie najnowszego elastomeru dla HP MJF 3D – TPA.
TPU jest generalnie trwalszy i bardziej odporny na kurczenie niż większość TPE (a zatem i TPA), a ponadto zapewnia większą dokładność wymiarową.
Zastosowania elastomerów w przemyśle
TPA to dobry wybór w przypadku produkcji części wymagających wysokiego zwrotu energii i pochłaniania uderzeń. Niektóre z najbardziej obiecujących aplikacji dla TPA to:
- komponenty samochodowe, w tym kanały powietrzne, wiązki przewodów, miechy, elementy mocujące i inne
- sprzęt sportowy, zwłaszcza do sportów zimowych, wszelkiego rodzaju piłki i obuwie
- chwytaki
- opony bezpowietrzne
TPU ma zastosowanie w szerokim przekroju branż – od motoryzacji, rolnictwa, po tekstylia. Unikalne połączenie odporności na zarysowania i ścieranie sprawia, że jest to doskonały materiał do:
- produkcji części samochodowych, takich jak gałki dźwigni zmiany biegów, paneli lub elementów konsoli
- odzieży sportowej i butów
TPA i TPU to wszechstronne tworzywa sztuczne, które wszystkie zespoły opracowujące nowe produkty powinny mieć w swoim repertuarze. Należy jednak uważać z ich łączeniem. Warto przeprowadzić dokładne badania i zweryfikować, który z nich będzie bardziej odpowiedni do danego projektu. Na szczęście doświadczony partner produkcyjny, jak AM3D.pl, może znacznie wspomóc inżynierów R&D w tym procesie.