A 3D nyomtatásban a hőtűrő képesség az egyik sarkalatos kérdés, amikor a megfelelő filamentet keressük egy adott feladathoz. Amikor ezt vizsgáljuk, nagyon hamar eljutunk az ismert „Mennyi? Mi mennyi?” kérdéskörhöz, ezért most bemutatjuk, milyen mérések alapján adjuk meg a filamentek hőállóságát.
Az anyagtudományokban a hőtűrőképességre több egymástól eltérő mérés is létezik, ezek általában a terhelés típusában és mértékében térnek el. Megkülönböztetünk Vicat féle lágyulás pontot, illetve különböző HDT (Heat Deflection Temperature) méréseket. Sajnos ezek a mérések a való életben csak tájékoztató értékeket adnak.
A műanyagok olvadása ellentétben a kémiailag tiszta anyagokkal (mint pl. a vas) nem egy adott hőmérsékleten történik, hanem folyamatos lágyulást figyelhetünk meg.
Az, hogy egy-egy 3D nyomtatott tárgy az adott igénybevételt pontosan meddig fogja maradandó alakváltozás nélkül eltűrni, csak specifikus vizsgálatokkal lehet meghatározni.
Műszaki műanyagok, forrás: tankonyvtar.hu
A műanyagok egy része kristályos szerkezetű, míg mások amorfok, ez előbbiek hőtűrő képessége jóval magasabb. A helyzetet tovább bonyolítja, hogy a gyakorlatban az anyagok nagy része mindkét fázist tartalmazza különböző arányban, és ezek az arányok a környezeti tényezőktől függően változhatnak is. A PLA például kalcinálással egyre inkább a kristályos szerkezet felé mozdul el.
A fentiekből látható, hogy egy-egy nyomtatandó alkatrész anyagának kiválasztásánál nem elég az adatlapon lévő HDT vagy Vicat értékeket figyelembe venni. A teljes képhez figyelembe kell venni a tárgy geometriáját, az igénybevétel mértékét, de a fázisátalakulások miatt még a nyomtatási paramétereket is.
Így fordulhat elő, hogy a PLA esetében a szakirodalom szerinti 55 °C-os deformálódási hőmérséklettel szemben el lehet érni akár 150 fokos hőállóságot is, megfelelő geometriával és nyomtatási paraméterekkel.
A Filamania Kft.-nél alapvetően kétféle hőtűrési mérést végzünk, terhelésest és terhelés nélkülit:
Az első esetben egy 3 mm vastag 100 mm hosszú nyomtatott pálcát egy speciális tartóba helyezve szobahőn elektromos kemencébe rakunk. A kemence hőmérsékletén kívül magának a próbadarabnak a hőmérsékletét is mérjük infra hőmérővel. Első lépésben 50 °C-ra melegítjük a kemencét, majd 15-20 fokonként emeljük a hőmérsékletet addig a pontig, melynél a próbatest elveszti alakját és behajlik.
A második vizsgálat nagyban hasonlít az elsőre, annyi különbséggel, hogy a darabokra kis súlyt helyezünk, így terheléses igénybevételt szimulálunk.
Az így kapott értékeket aztán fel lehet használni az anyag hőtűrésének jó közelítésére.