Elektrovadošs

Elektrību vadošs 3D druka filaments: kam tas paredzēts

Elektrību vadošs filaments tiek izgatavots uz PLA vai TPU bāzes, kas piepildīta ar oglekļa daļiņām. Šī piedeva samazina materiāla pretestību līdz izmērāmai vērtībai, parasti no 15 līdz 30 omiem/cm atkarībā no ražotāja receptes, salīdzinājumā ar praktiski bezgalīgu pretestību standarta PLA gadījumā. Salīdzinājumam, vara vada pretestība ir aptuveni 1,7×10⁻⁶ omi/cm. Tāpēc vadošais filaments neaizstāj elektrisko kabeli: tas paredzēts zemsprieguma vadu ceļu, kapacitatīvo pogu vai spiediena sensoru drukāšanai tieši detaļā.

Reālie pielietojumi: sensori, pogas, elektronikas prototipēšana

Visbiežāk sastopamie pielietojumi ir kapacitatīvās skārienpogas, kas savienotas ar mikrokontrolieri (Arduino, ESP32), vienā piegājienā drukāti liekuma sensori vai iekšējie savienojuma vadu ceļi elektronikas korpusam. Vienkāršu spiediena sensoru var iegūt, drukājot divus vadošus slāņus, kas atdalīti ar izolējošu slāni no klasiska 3d filaments PLA: starp abiem elektrodiem izmērītā pretestība mainās atkarībā no deformācijas. Šī tehnika amatieru robotikā tiek izmantota kopš pirmajām komerciāli pieejamajām vadošajām receptēm ap 2015. gadu.

Ko šis materiāls nedara

Vadošu filamentu nekad nedrīkst pieslēgt 230 V elektrotīklam vai akumulatoram, kas spēj piegādāt lielu strāvu. Tā pretestība joprojām ir pārāk augsta, lai pārvadītu jaudu bez sasilšanas, un ar oglekli piepildītais materiāls nav termiski izolēts. Tas ir piemērots zemsprieguma ķēdēm, parasti no 3,3 V līdz 12 V līdzstrāvai, vieglai noteikšanai vai komutācijai, nevis elektroenerģijas sadalei.

Vadošs PLA vai TPU: kuru bāzi izvēlēties atkarībā no detaļas

Vadošā PLA bāze tiek drukāta no 200 līdz 220 °C, bez obligāta apsildāma galda, un ir piemērota stingrām detaļām, piemēram, sensora korpusam. Vadošā TPU bāze pēc izdrukāšanas paliek elastīga, noderīga savienotam tekstilam vai instrumentētai zolei, taču tā prasa samazinātu drukas ātrumu un tiešās padeves ekstrūderi, lai izvairītos no aizsprostojumiem. Konstrukcijas detaļai, kurai jāpaliek stingrai ārpus telpām, 3d filament ASA bāze labāk iztur UV starojumu nekā klasisks PLA, lai gan šajā veikalā tas nav pieejams vadošā versijā.

Diametrs, spoles formāts un printera saderība

Vadošā filamenta spoles ir pieejamas 1,75 mm un 2,85 mm diametrā, formātos no 500 g līdz 8 kg. 500 g formāts ir pietiekams testiem vai nelielu sensoru sērijai; 2 kg vai lielāks formāts ir attaisnojams atkārtotai pogu vai vadu ceļu ražošanai. Pirms pasūtīšanas pārbaudiet sava ekstrūdera diametru: 2,85 mm filaments printerī, kas kalibrēts uz 1,75 mm, vienmēr izraisīs aizsprostojumu neatkarīgi no zīmola.

Refill iepildes: samazina spoles plastmasas atkritumus

Refill iepildes piegādā filamentu bez plastmasas spoles, ko ievieto jau esošā turētājā. Cena par kilogramu parasti samazinās par 15 līdz 20% salīdzinājumā ar līdzvērtīgu jaunu spoli — būtisks arguments, ja prototipu sērijai tiek patērēti vairāki kilogrami vadošā materiāla.

Drukas iestatījumi un sprauslas apkope

Vadošajā filamentā esošais ogleklis nodilina sprauslu ātrāk nekā neitrāls PLA. Standarta misiņa sprausla zaudē dimensionālo precizitāti pēc dažiem simtiem izdrukātu gramu; rūdīta tērauda vai rubīna gala sprausla iztur vairākus kilogramus bez manāmas diametra izmaiņas. Šī piederumu izvēle novērš izmērītās elektriskās pretestības izkropļošanu, jo nodilusi sprausla maina izspiestā pavediena šķērsgriezumu un tādējādi arī izdrukātā vadu ceļa vadītspēju.

Attiecībā uz iestatījumiem, ātrums no 30 līdz 40 mm/s un īss atvilkums ierobežo tipisko ar oglekli piepildītu filamentu sūkšanos. Salīdzinājumā ar nepiepildītu bāzi, sprauslas temperatūras iestatījumi paliek līdzīgi klasiskam 3d filaments ABS, un vadošajam PLA nav nepieciešama slēgta drukas kamera.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kā izvēlēties starp vadošu PLA un TPU filamentu?

PLA ir piemērots stingrai detaļai, piemēram, kapacitatīva sensora korpusam, ar vienkāršu druku bez apsildāma galda. Vadošs TPU ir nepieciešams elastīgai detaļai, zolei vai savienotam tekstilam, taču tas prasa tiešās padeves ekstrūderi un samazinātu ātrumu zem 25 mm/s.

Kāda ir atšķirība starp vadošu filamentu un koka vai oglekļa kompozīta filamentu?

Oglekļa vai koka kompozīta filamenta mērķis ir mehāniskā izturība vai vizuālais izskats, nevis elektriskā funkcija: tā pretestība joprojām ir pārāk augsta sensoram. Ķēdē ar zemu spriegumu darbojas tikai vadītspējai izstrādāts filaments, kuram ražotājs norāda pretestību omos/cm.

Kādam projektam ir piemērots elektrību vadošs filaments?

Tas ir piemērots kapacitatīvām skārienpogām, liekuma vai spiediena sensoriem un zemsprieguma elektronikas prototipiem līdz 12 V līdzstrāvai. Tas nav piemērots elektrotīkla vadojumam, nedz arī strāvas pārvadīšanai, kas pārsniedz dažus simtus miliampēru, bez sasilšanas.

Vai vadoša filamenta drukāšanai nepieciešama īpaša sprausla?

Jā, rūdīta tērauda vai rubīna gala sprausla novērš ātru nodilumu, ko izraisa oglekļa daļiņas. Standarta misiņa sprausla deformējas pēc dažiem simtiem gramu un izkropļo pavediena šķērsgriezumu, kas maina gatavajā detaļā izmērīto elektrisko pretestību.

Kādu spoles formātu izvēlēties pirmajam mēģinājumam?

500 g formāts ir pietiekams, lai pārbaudītu vadītspēju un drukas iestatījumus pirms lielāka apjoma iegādes. Sensoru vai pogu sērijas ražošanai 2 kg formāts vai refill iepilde samazina izmaksas par kilogramu par 15 līdz 20%.