Какие пластики используют в 3D-печати и чем они отличаются

3D-печать открыла новые горизонты в производстве, прототипировании и творчестве, но успех печати во многом зависит от выбора материала. Пластики для 3D-печати различаются по свойствам, температуре плавления, прочности и гибкости, что делает их пригодными для разных задач.

В этой статье мы рассмотрим основные виды пластиков, используемых в 3D-печати, их характеристики и области применения. Вы узнаете, какой материал лучше подходит для прототипов, а какой — для функциональных деталей, а также разберёмся в плюсах и минусах каждого варианта.

Содержание:

Основные виды пластиков для 3D-печати   

В 3D-печати используются десятки видов пластиков, но наиболее популярными и доступными остаются несколько основных типов. К ним относятся PLA, ABS, PETG и TPU — материалы с разными механическими свойствами, температурной стойкостью и областью применения.

Каждый из этих пластиков имеет свои особенности: одни подходят для новичков благодаря простоте печати, другие требуют точных настроек принтера, но предлагают повышенную прочность или гибкость. Далее мы подробно разберём характеристики, преимущества и недостатки каждого из них.

PLA (полилактид)   

PLA (полилактид) — один из самых популярных материалов для 3D-печати, особенно среди начинающих. Он изготавливается из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал или сахарный тростник, что делает его экологически более безопасным по сравнению с нефтесодержащими аналогами.

Этот пластик отличается низкой температурой плавления (обычно 180–220°C), что позволяет печатать на большинстве FDM-принтеров без подогреваемого стола. Кроме того, PLA практически не даёт усадки и не выделяет резких запахов при печати, что делает его удобным для домашнего использования.

Свойства и преимущества PLA   

PLA обладает высокой жесткостью и хорошей детализацией, что делает его идеальным для печати моделей с мелкими элементами. Материал доступен в широкой цветовой гамме, включая прозрачные и металлизированные варианты, а также варианты с добавками (дерево, камень, углеродное волокно).

К ключевым преимуществам PLA относятся биосовместимость и биоразлагаемость (при промышленных условиях компостирования), а также отсутствие необходимости в закрытой камере или сложных настройках принтера. Благодаря низкой адгезии к соплу и легкому постобработку (шлифовка, покраска) он подходит для творческих проектов и прототипирования.

Недостатки и ограничения   

Несмотря на множество достоинств, PLA имеет несколько существенных ограничений. Главный недостаток — низкая термостойкость (деформация начинается уже при 50–60°C), что исключает использование деталей в условиях повышенных температур, например, в автомобилях или под прямыми солнечными лучами.

Материал хрупкий и плохо переносит ударные нагрузки, а также склонен к постепенному разложению при контакте с влагой. Из-за биоразлагаемости готовые изделия теряют прочность со временем, особенно в агрессивных средах. Кроме того, PLA не подходит для функциональных деталей, требующих гибкости или высокой механической выносливости.

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол)   

ABS — один из самых популярных пластиков для 3D-печати благодаря своей прочности, ударной вязкости и термостойкости. Этот материал состоит из акрилонитрила, бутадиена и стирола, что обеспечивает ему баланс механических свойств и устойчивости к внешним воздействиям.

ABS отличается высокой долговечностью, устойчивостью к химическим веществам (маслам, кислотам) и способностью выдерживать температуры до 100°C без деформации. Однако он требует печати на подогреваемом столе и в закрытой камере для минимизации коробления и расслоения слоёв.

Где применяется ABS   

ABS широко используется в промышленности и быту благодаря своей прочности и термостойкости. Из него изготавливают детали автомобилей (например, элементы салона, бамперы, корпуса фар), корпуса электроники (телефонов, ноутбуков, бытовой техники), а также конструкторы (например, LEGO).

В 3D-печати ABS применяют для создания функциональных прототипов, инженерных моделей, инструментов и даже предметов домашнего обихода, таких как держатели, кронштейны и корпуса. Его способность выдерживать механические нагрузки делает его идеальным для деталей, подверженных ударам или трению.

Особенности печати   

Печать ABS требует соблюдения определенных условий: обязателен подогреваемый стол (80–110°C) для предотвращения коробления, а также закрытая камера или защита от сквозняков, так как материал чувствителен к резким перепадам температур. Рекомендуемая температура экструдера — 220–250°C.

Из-за высокой усадки ABS может деформироваться при охлаждении, поэтому важно использовать адгезивные покрытия (например, Kapton-ленту или специальный клей). Для улучшения качества печати рекомендуется замедлить скорость первых слоев и включить поддержку конструкции (при сложных геометриях). Также стоит учитывать, что ABS выделяет неприятный запах при печати, поэтому необходимо обеспечить хорошую вентиляцию.

PETG (полиэтилентерефталатгликоль)   

PETG — это модифицированная версия PET (полиэтилентерефталата), обогащенная гликолем, что придает материалу повышенную ударопрочность и гибкость по сравнению с исходным полимером. Он сочетает в себе легкость печати PLA и прочность ABS, но без их основных недостатков.

Этот пластик обладает высокой химической стойкостью, прозрачностью (в некоторых марках) и устойчивостью к влаге, что делает его популярным для создания функциональных деталей, упаковки и даже пищевых контейнеров (при наличии сертификации). PETG менее склонен к короблению, чем ABS, и не требует закрытой камеры, хотя подогреваемый стол (70–80°C) улучшает адгезию первого слоя.

Почему выбирают PETG   

Материал PETG выбирают за его универсальность: он подходит как для новичков, так и для опытных пользователей благодаря стабильности печати и минимальной усадке. В отличие от PLA, он не становится хрупким со временем, а по сравнению с ABS — не выделяет резких запахов и менее токсичен при печати.

Его ударопрочность и устойчивость к температурным перепадам (до ~80°C) делают PETG идеальным для деталей, подвергающихся механическим нагрузкам или эксплуатации на улице. Дополнительный плюс — совместимость с большинством FDM-принтеров без необходимости модернизации, что снижает порог входа для работы с этим материалом.

Сравнение с PLA и ABS   

По сравнению с PLA, PETG обладает большей прочностью и термостойкостью, что делает его предпочтительным для функциональных деталей. Однако PLA легче печатать: он менее требователен к настройкам принтера и не требует подогреваемого стола, что может быть важно для начинающих.

В отличие от ABS, PETG не склонен к растрескиванию при охлаждении и почти не деформируется, но уступает ему в термостойкости (ABS выдерживает до ~100°C). При этом PETG безопаснее — не выделяет вредных испарений, что упрощает работу в домашних условиях. По балансу характеристик PETG часто становится «золотой серединой» между простотой PLA и прочностью ABS.

TPU (термопластичный полиуретан)   

TPU — это гибкий и эластичный материал, который выделяется среди других пластиков для 3D-печати своей способностью сохранять форму после деформации. Его главное преимущество — высокая ударопрочность и износостойкость, что делает его идеальным для деталей, подвергающихся постоянным нагрузкам.

Печать TPU требует специальных настроек: медленная скорость экструзии, отключенный ретракт и, желательно, прямой привод экструдера. Материал склонен к застреванию в обычных фитингах Bowden-систем, поэтому для работы с ним рекомендуется использовать принтеры с прямым приводом или модифицировать подающий механизм.

Гибкость и износостойкость   

Главное отличие TPU от жестких пластиков — его способность растягиваться и возвращаться в исходную форму без повреждений. Коэффициент эластичности варьируется в зависимости от марки, но обычно достигает 400–600%, что делает его незаменимым для печати упругих деталей, таких как амортизаторы, прокладки или защитные чехлы.

Износостойкость TPU превосходит большинство FDM-материалов: он устойчив к истиранию, многократным изгибам и механическим воздействиям. Благодаря этому его часто используют в промышленности для изготовления шестерен, роликов и даже подошв обуви. Материал также демонстрирует хорошую химическую стойкость к маслам и слабым кислотам.

Сферы применения   

Благодаря сочетанию гибкости и прочности, TPU широко используется в производстве эластичных компонентов: от медицинских ортезов и спортивных протекторов до герметичных уплотнителей в автомобилестроении. Его применяют для создания защитных чехлов для электроники, демпферов дронов и даже водонепроницаемых корпусов.

В промышленности материал востребован для печати деталей, подверженных вибрациям — например, антискользящих накладок, конвейерных лент или амортизирующих вставок. Дизайнеры ценят TPU за возможность создания мягких шарниров и интерьерных элементов с текстурой, имитирующей резину.

Специализированные пластики   

Помимо популярных PLA, ABS и PETG, в 3D-печати используются узкоспециализированные материалы с уникальными характеристиками. Эти пластики требуют особых условий печати, но открывают возможности для создания деталей с повышенной термостойкостью, механической прочностью или химической устойчивостью.

Среди них выделяются нейлон (PA), известный своей износостойкостью и способностью гасить вибрации, а также поликарбонат (PC), выдерживающий экстремальные нагрузки и высокие температуры. Отдельную категорию составляют экзотические композиты — от проводящих графитовых наполнителей до имитирующих дерево или металл гибридов.

Нейлон (PA)   

Этот материал отличается высокой прочностью, гибкостью и устойчивостью к истиранию, что делает его идеальным для печати функциональных деталей, таких как шестерни, петли или корпуса инструментов. Нейлон обладает хорошей химической стойкостью и способностью поглощать вибрации, но требует печати при повышенных температурах (250–280°C) и подогреваемой платформы.

Основные сложности при работе с PA связаны с его гигроскопичностью — перед печатью филамент необходимо тщательно просушивать, а во время работы обеспечивать защиту от влаги. Для улучшения адгезии слоев часто используют камеру с подогревом или специальные клеевые составы.

Поликарбонат (PC)   

Поликарбонат (PC) — один из самых прочных и термостойких материалов для 3D-печати, способный выдерживать температуры до 110–120°C без деформации. Благодаря ударопрочности и прозрачности он применяется в производстве защитных экранов, световых коробов и деталей, подвергающихся высоким нагрузкам.

Печать PC требует экструдера с температурой 280–310°C и обязательного использования подогреваемой платформы (100–120°C), а также закрытой камеры для минимизации деформаций. Материал склонен к растрескиванию при быстром охлаждении, поэтому рекомендуется постепенное остывание модели. Для улучшения адгезии первого слоя часто применяют специальные клеи или полиимидную пленку.

Другие экзотические материалы   

Помимо распространённых пластиков, в 3D-печати используются экзотические материалы с уникальными свойствами. Например, PEEK (полиэфирэфиркетон) обладает выдающейся термостойкостью (до 250°C), химической инертностью и прочностью, что делает его востребованным в аэрокосмической и медицинской отраслях. Однако его печать требует специализированного оборудования с высокой температурой экструзии (370–400°C).

Другой пример — HIPS (полистирол высокой ударопрочности), который часто применяется как растворимая поддержка для ABS. Также интересен Laywoo-D3, имитирующий древесину, или металлозаполненные филаменты (например, бронзовый PLA), позволяющие создавать модели с эффектом литья. Некоторые материалы, такие как проводящие PLA-композиты, открывают возможности для печати электронных компонентов.

Как выбрать пластик для своих задач   

Выбор подходящего пластика для 3D-печати зависит от множества факторов: назначения модели, требуемых механических свойств, условий эксплуатации и даже возможностей вашего принтера. Например, для декоративных изделий подойдёт PLA благодаря простоте печати и эстетичному виду, а для деталей, подвергающихся нагрузкам, лучше выбрать ABS или PETG.

Важно учитывать температурную стойкость, ударопрочность, гибкость и устойчивость к химическим воздействиям. Также обратите внимание на требования к печати: не все принтеры поддерживают высокотемпературные материалы, такие как нейлон или поликарбонат. Если модель будет контактировать с пищевыми продуктами, убедитесь, что филамент имеет соответствующий сертификат безопасности.

Критерии выбора   

При подборе филамента для 3D-печати ключевыми критериями являются механическая прочность, термостойкость и химическая устойчивость. Например, для функциональных деталей, работающих под нагрузкой, важны параметры прочности на разрыв и ударная вязкость, тогда как для декоративных изделий приоритетом может стать простота постобработки и цветовая гамма.

Другие важные факторы включают адгезию слоёв, усадку при охлаждении и требования к печатному оборудованию. Гибкие материалы, такие как TPU, требуют специальных экструдеров с подачей без зубчатого колеса, а высокотемпературные пластики (например, поликарбонат) — закрытой камеры и стола с подогревом. Для пищевых применений обязательна биосовместимость и отсутствие токсичных добавок.

Рекомендации по печати   

Для достижения качественного результата при печати PLA рекомендуется использовать температуру сопла 190–220°C и стол без подогрева или с нагревом до 50–60°C. Этот материал не требует закрытой камеры, но для минимизации деформации крупных деталей полезен обдув вентилятором.

При работе с ABS критически важен подогрев стола (90–110°C) и закрытая камера для предотвращения расслоения слоёв. Оптимальная температура экструзии — 230–250°C. PETG сочетает удобство PLA и прочность ABS: печатайте при 220–250°C с подогревом стола до 70–80°C, избегая избыточного обдува.

Гибкие материалы типа TPU требуют медленной скорости печати (20–30 мм/с) и прямого привода экструдера. Для нейлона и поликарбоната обязательны активная сушка филамента и контроль влажности в помещении.