Šta je TPU?
TPU (termoplastični poliuretan) je vrsta termoplastičnog elastomera (TPE) koji se široko koristi od strane proizvođača u automobilskoj industriji, transportu, vazduhoplovstvu, industriji sportske i medicinske opreme. TPU kombinuje visoku izdržljivost plastičnih delova sa elastičnošću gumenih delova, što ga čini idealnim za aplikacije gde je potrebno više puta savijati ili sabijati.
Zbog svoje elastičnosti, TPU se često koristi kao modifikator udara za proizvode kao što su kacige, zaštitna ambalaža, proizvodi protiv vibracija i zaptivke ili zaptivne mase. TPU takođe ima odličnu otpornost na habanje i koristi se u okruženjima visokog trenja kao što su unutrašnjost automobila ili električni kablovi i izolatori. Kada se koristi u ovim industrijama gde je ulje često prisutno, TPU se takođe može osloniti na njegovu otpornost na mrlje od ulja.
Kako se prave TPU proizvodi?
TPU proizvodi su sveprisutni u svakodnevnom životu, a njihova popularnost ih čini idealnim za masovnu proizvodnju, najčešće kroz tradicionalne procese brizganja. Mnogi proizvodi za koje mislimo da su gumeni su zapravo TPU.
Injekciono brizganje je isplativ način za masovnu proizvodnju delova, ali ima ograničenja u pogledu geometrijske slobode i personalizacije. Injekcioni delovi su standardizovani za proizvodnju u količinama od stotina hiljada do miliona – tako da u industrijama kao što su proizvodnja medicinske ili sportske opreme, postoji potražnja za alternativama koje su pogodnije za proizvodnju male količine ili prilagođavanje.
Takođe, masovna proizvodnja ometa male i startap kompanije da brzo plasiraju svoje proizvode na tržište jer u eksternoj proizvodnji zavise od velikih industrijskih injekcionih brizgaljki.
Zašto 3D štampati TPU?
3D štampa TPU i TPE materijala omogućava netradicionalne radne postupke za delove sa složenijom geometrijom, personalizovanim ili prilagođenim modelima, bržim iteracijama i dizajnom, kao i isplativijom malom proizvodnjom.
Postoje različite opcije za 3D štampu TPU, uključujući tehnologije fuzionog taloženja (FDM) i selektivnog laserskog sinterovanja (SLS). Kako su tehnologija i materijali za 3D štampanje evoluirali, broj proizvođača koji su ove postupke uključili u svoj radni proces je eksponencijalno rastao.
3D štampa TPU omogućava kraći iterativni ciklus za aplikacije za brzu izradu prototipa, kao i opcije prilagođavanja za proizvodnju delova za krajnju upotrebu. U industrijama u kojima se jedna faza procesa razvoja proizvoda tradicionalno predaje eksternom (obično faza masovne proizvodnje), 3D štampa može da omogući poboljšan i vertikalno integrisan tok posla od početka do kraja.
Takođe, 3D štampa TPU može pomoći proizvođačima da ispune potražnju za prilagođenim i personalizovanim proizvodima. Prema studiji kompanije Deloitte, u nekim kategorijama više od 50% potrošača je izrazilo interesovanje za kupovinu personalizovanih proizvoda ili usluga, a većina je spremna da plati više za personalizovani proizvod ili uslugu. Za aplikacije u kojima se obično koriste TPU i guma kao što su zaštitni uređaji, kacige ili proteze, 3D štampani TPU delovi su savršeni za masovno personalizovane jastučiće za kacige, proteze, sportsku opremu, naočare, slušalice ili komponente za ergonomske ručke za tehničke proizvode.
Kako 3D štampati sa TPU
TPU se može 3D štampati pomoću FDM ili SLS tehnologija. Svaka tehnologija ima jedinstvene prednosti tako da je važno da odredite šta najbolje funkcioniše za vaš tok posla pre nego što izaberete tehnologiju.
| FDM tehnologija | SLS tehnologija | |
| Funkcionalna moć proizvoda | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Rezolucija | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ |
| Preciznost | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Kvalitet površine | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ |
| Produktivnost | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Kompleksnost geometrije | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Jednostavnost upotrebe | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Prednosti | – Niska cena štampača i materijala – Brzo i lako za jednostavne i male delove | – Funkcionalni, jaki, izotropni delovi – Visoka produktivnost – Štampa bez oslonaca – Velika sloboda oblikovanja |
| Slabosti | – Delovi su anizotropni, nisu vodonepropusni ili funkcionalno jaki – Ograničena sloboda oblikovanja | – Malo hrapava površina |
| Aplikacije | – Jeftina i brza izrada prototipova – Osnovni delovi za dokazivanje koncepta | – Izrada funkcionalnih prototipova – Maloserijska proizvodnja konačnih delova: zaptivke, razdelnici, roba široke potrošnje, obuća, protetika, proteze |
3D štampa TPU sa FDM tehnologijom
Za kompanije koje žele da počnu sa TPU 3D štampanjem, jeftin FDM štampač je dobar izbor za osnovni tok posla. TPU filament je jeftin i može biti dobar način za testiranje različitih koncepata i prototipova, posebno ako je krajnji cilj masovna proizvodnja korišćenjem tradicionalnih metoda brizganja.
Međutim, TPU može biti izazovan materijal za 3D štampanje na FDM štampačima, pošto meki i rastezljivi filamenti mogu lako začepiti mlaznicu, uzrokujući tehničke probleme i slabije performanse štampanja. 3D štampanje TPU na FDM štampačima takođe nudi ograničenu slobodu dizajna, manje tačne delove i vidljive linije između slojeva.
TPU delovi odštampani FDM tehnologijom su anizotropni, što znači da nisu podjednako jaki u različitim osama ili ravnima opterećenja tj. ako je FDM štampan TPU deo podvrgnut sili u jednom smeru, efekat će biti drugačiji od primene iste sile iz drugog pravca. Za TPU delove koje često treba povući, rastegnuti, komprimovati i uvijati, ova anizotropija predstavlja veliki izazov za svaki deo koji treba da bude funkcionalan, čak i u fazi izrade prototipa.
TPU filamenti (materijali) za FDM štampače
Mnogi proizvođači materijala za štampače nude TPU filamente sa različitim svojstvima materijala. TPU filamenti za FDM štampače su generalno nešto tvrđi elastični materijali, koji nude tvrdoću od oko 95A prema Šoru, ali to se može podesiti promenom parametara štampe ili samog dizajna proizvoda.
3D štampa TPU sa SLS tehnologijom
Tehnologija SLS 3D štampanja je idealna za veće performanse i funkcionalnije aplikacije kao što su funkcionalni prototipovi za testiranje ili proizvodnja malih serija proizvoda za krajnju upotrebu po meri kao što su ortopedski ulošci, jastučići za kacige i nosivi proizvodi. Korisnici SLS 3D štampanja mogu da iskoriste izuzetnu snagu i fleksibilnost TPU kako bi brže plasirali svoje proizvode na tržište ili npr. poboljšali negu pacijenata. Visoka otpornost na kidanje čini elastomerne proizvode jakim, izdržljivim i dugotrajnim, a dostupnost stonih SLS sistema kao što je serija Fuse, omogućava nisku cenu po proizvodu. Pored toga, niske stope osvežavanja praha doprinose pristupačnosti i skalabilnosti sistema povećanjem efikasnosti upotrebe praha i smanjenjem potrošnje neiskorišćenog praha.
TPU delovi štampani pomoću SLS 3D štampača idealni su za aplikacije gde su složene geometrije potrebne ili korisne za performanse. Samonosiva priroda SLS tehnologije znači da nisu potrebne potporne strukture, tako da je moguće štampati složene geometrije sa unutrašnjim kanalima, mrežama ili harmonijskim strukturama. U aplikacijama kao što su zaštitni pokrivači za glavu ili ulošci i ortopedski ulošci za obuću, gumene mrežaste strukture omogućavaju visoku čvrstoću na pritisak, povećavajući performanse proizvoda.
TPU materijali za SLS štampače
Postoji nekoliko sistema selektivnog laserskog sinterovanja (SLS) koji nude TPU materijal u prahu. Mnogi od ovih sistema su velike industrijske mašine sa složenim infrastrukturnim zahtevima kao što su ventilacioni sistemi, velika oslona površina mašine ili zahtevi za višestrukim krugovima i električnim ožičenjem. Sa uvođenjem pristupačnijih SLS sistema kao što je Formlabs serija Fuse, TPU 3D štampanje na sistemima tehnologije praha je dostupnije i cenovno pristupačnije.
Formlabs TPU 90A prah je bezbedan za kontakt sa kožom, otvarajući mogućnosti u nosivoj i medicinskoj opremi gde bezbednosni propisi ograničavaju upotrebu mnogih 3D štampanih delova. Sa TPU 90A, inženjeri i dizajneri mogu da iskoriste slobodu dizajna 3D štampanja, visoku otpornost na kidanje i rastezljivost gume i svojstva mnogih tradicionalno formulisanih termoplasta koji su bezbedni za kožu u jednom toku rada.
3D štampanje TPU sa Formlabs TPU 90A prahom na štampačima serije Fuse je jednostavno i lako, integrisano u postojeći SLS radni tok ili kao prvi SLS materijal za početak. Materijal za štampu ne zahteva inertnu atmosferu kao neki drugi SLS materijali.
Pored toga, TPU materijal na štampačima serije Fuse ne koristi Surface Armor (polusinterovanu školjku oko delova u tvrđim prahovima), tako da je proces uklanjanja praha veoma jednostavan pomoću mašine za naknadnu obradu Fuse Sift. Iako TPU 90A nema površinski oklop, i dalje se preporučuje peskarenje kako bi se uklonio sav suvišan prah sa delova. Prebacivanje postojećeg štampača serije Fuse na TPU 90A je moguće, ali Formlabs i dalje preporučuje odvojeni Fuse Sift i zasebnu komoru za štampanje.
TPU aplikacije za 3D štampanje
Postoje provereni radni procesi za tradicionalnu proizvodnju TPU delova koji su još uvek pogodni za masovnu proizvodnju proizvoda od gume. Međutim, TPU 3D štampa je odlična alternativa u mnogim slučajevima, uključujući slučajeve kada je potrebna brzina ili jednostavnost upotrebe, za brzu izradu prototipa i prilagođene aplikacije proizvoda. Od početka procesa projektovanja, gde je potrebna brza izrada prototipa, do finalnog dizajna delova za krajnju upotrebu, TPU 3D štampa može omogućiti brži i efikasniji radni proces bez žrtvovanja mehaničkih svojstava ili kvaliteta.
Brza izrada prototipova
3D štampanje sa TPU vam omogućava da kreirate prototipove u sopstvenom prostoru, smanjite vreme proizvodnje i smanjite troškove kada se rezervišu delovi.
Na primer, da biste napravili prototip sportske kacige, potrebno je napraviti tvrdu školjku i meku podlogu iznutra. Inovativne kompanije rade na dizajniranju novih mrežastih struktura i tehnologije protiv udara za ove jastučiće, u čemu se TPU ističe.
Međutim, eksperimentisanje sa novim oblicima i geometrijama je veoma skupo sa tradicionalnim metodama izrade alata, a usluge spoljnih firmi mogu potrajati nedeljama. Mogućnost korišćenja jednog radnog procesa i jedne vrste tehnologije za tvrdu spoljašnju školjku i mekani unutrašnji jastučić znači da ovi inovatori mogu mnogo brže da urade poboljšanja. Ove kacige će morati da prođu opsežna testiranja, tako da će za jedan krug testiranja biti potrebno deset jastučića. Ove količine su prevelike da bi se tačno ručno izradila površina jastučića, ali premale da bi tradicionalna TPU proizvodnja bila isplativa. Rešenje je 3D štampanje u svom prostoru.
Formlabs Fuse štampači mogu lako da štampaju višestruke iteracije TPU 90A gumenih mrežastih struktura. Promenom dizajna samog dela, npr. promenom debljine zida, možete proizvesti delove sa različitim nivoima tvrdoće za različite primene ili kao iteracije nakon testiranja.
Radni tok serije Fuse vam daje pristup višestrukim materijalima koji pokrivaju širok spektar mehaničkih svojstava. Ovo vam omogućava da zadržite razvoj i proizvodnju u kompaniji i da proizvodite nekoliko različitih tipova komponenti sa jednom tehnologijom. Materijal TPU 90A omogućava proizvodnju potpuno novih proizvoda koji se mogu prototipovati pomoću 3D štampe na pouzdanim štampačima serije Fuse.
Alati za proizvodnju
Ako se ne bavite izradom proizvoda, možda će vam biti teško da uočite razliku između tipova proizvodnih alata. Ali suština ostaje ista, bilo da govorite o šablonu, nosaču, kućištu ili nekom od mnogih drugih načina na koji se mašine drže zajedno – kada vam zatreba, zaista vam treba. TPU je odgovor na problem sa kojim se mnogi proizvođači suočavaju: kako sprečiti da se njihova milionska proizvodna tehnologija previše istroši.
Meka proizvodna pomagala mogu pomoći da se produži životni vek teških mašina ublažavanjem određenih udaraca ili pružanjem savršeno oblikovanog prianjanja. Kada se zaptivke pokidaju nakon godina ponavljane upotrebe, operater može odmah da odštampa rezervni deo i proizvodnu liniju vrati u funkciju za nekoliko sati, umesto da čeka danima ili nedeljama na novi deo.
Dodavanje kapaciteta materijala je dodatno osiguranje za proizvođače – štiti ih od neočekivanih zastoja zbog neispravnih komponenti mašine. Na što više mehaničkih svojstava mogu da se oslone u kompaniji, to se više štite od kašnjenja u lancu snabdevanja i visokih troškova popravke originalne opreme. Sa gumenim 3D štampanim delovima, sada je po potrebi moguće popraviti ili zameniti potpuno novi podsklop komponenti opreme. Izbegavanje zaustavljanja proizvodne linije ili procesa može uštedeti hiljade evra dnevno.
TPU se može koristiti za prigušivače vibracija u testiranju u automobilskoj i vazduhoplovnoj industriji, kao i za pripreme za industrijske procese kao što je termoformiranje jedinstvenih delova. U fabrikama automobila, veliki robotski sistemi rade na nosačima koji se moraju savijati i rotirati. Po meri izrađeni jastučići i mekana kućišta mogu pomoći ovim mašinama da ograniče trenje i produže njihov radni vek.
Maloserijski delovi i proizvodi po meri, spremni za nošenje
U sportskoj i modnoj industriji, ponuda opcija personalizacije je od suštinskog značaja za brendove koji žele da steknu veći udeo na tržištu. Troškovi povezani sa alatom učinili su maloserijsku ili jednokratnu proizvodnju gotovo nemogućem sve dok pristupačno 3D štampanje nije ovo omogućilo.
Ipak, većina 3D štampanih materijala bila je previše kruta za sportsko tržište i tržište nosivih uređaja, sve do dolaska TPU. Od đonova za cipele koji se mogu tačno prilagoditi vašem otisku i raspodeli težine, do fudbalskih kaciga dizajniranih da odole udaru i kaiša za sat oblikovanog za vaš zglob – mogućnosti su beskrajne.
Medicinska oprema
3D štampani TPU je zbog svoje izuzetne izdržljivosti i žilavosti idealan za protetiku, proteze i medicinsku opremu. Mogućnost 3D štampanja fleksibilnih i jakih delova za krajnju upotrebu stvara nove mogućnosti za medicinu kombinovanjem visoke otpornosti na cepanje i razvlačenje pri lomljenju gumenih materijala sa slobodom oblikovanja i izdržljivošću SLS 3D štampanja.
TPU je fleksibilan elastomer tako da je idealan za 3D štampanje medicinskih delova kao što su:
- prototipovi medicinske opreme i gotova medicinska oprema i komponente
- ortopedski i protetski ulošci
- nosivi uređaji, zaptivke, branici i creva
- štitovi, kacige za preoblikovanje lobanje
- sportski i korektivni ulošci
Iako 3D štampa stalno napreduje u zdravstvu, ta je oblast ograničena strogim zahtevima za materijale – kako u pogledu sertifikata o bezbednosti, tako i u pogledu njihove čvrstoće i mehaničkih svojstava. 3D štampanje TPU otvara nove mogućnosti za različite primene kako u zdravstvu tako i drugde.
Želite više informacija?
Za dodatne informacije o Formlabs proizvodima pišite nam na info@ib-caddy.com ili nas pozovite na +386 1 566 12 55.