Блог около Токопроводящий PLA преобразует производство электроники, напечатанной на 3D-принтере

Представьте себе создание объектов, напечатанных на 3D-принтере, которые могут проводить электричество, питать светодиоды или даже обеспечивать сенсорное взаимодействие — и все это без сложных печатных плат или проводки. Это футуристическое видение теперь стало реальностью благодаря появлению проводящего PLA (полимолочной кислоты). Как специализированный материал для 3D-печати, проводящий PLA сохраняет простоту печати, связанную со стандартным PLA, приобретая при этом способность передавать электрический ток. Этот прорыв открывает новые возможности в области электронного прототипирования, носимых устройств, датчиков и многого другого. В этой статье рассматриваются состав, свойства, применение и методы печати проводящего PLA, предоставляя информацию об этой передовой технологии.

Проводящий PLA относится к нити PLA, наполненной проводящими наполнителями, что позволяет ей проводить электрический ток. В 2015 году Graphene 3D Lab (позже переименованная в G6 Materials) стала пионером в области нити PLA, улучшенной графеном, что ознаменовало выход проводящего PLA на рынок 3D-печати. Этот материал предлагает экономичное решение для низковольтных (0–60 В) электронных устройств, сохраняя при этом некоторую механическую прочность PLA. Однако добавление проводящих наполнителей также может повлиять на механические свойства материала.

Проводимость PLA определяется типом используемого наполнителя. Общие проводящие наполнители включают:

• Сажа: Порошкообразный углеродный материал, часто используемый в качестве пигмента. При смешивании с PLA он значительно повышает проводимость. Сажа является наиболее экономичным наполнителем для проводящего PLA.
• Графен: Однослойная гексагональная решетка атомов углерода с исключительной проводимостью. PLA, улучшенный графеном, обеспечивает превосходные электрические и механические характеристики, но по более высокой цене.
• Металлические порошки: Порошки меди или бронзы можно добавлять в PLA для улучшения проводимости. PLA, наполненный металлом, обычно обладает наилучшими проводящими свойствами, но увеличивает плотность материала и стоимость.

Проводящий PLA наследует преимущества PLA — низкую стоимость и простоту печати — добавляя при этом электрическую функциональность. Основные характеристики включают:

• Содержание наполнителя: Проводящие наполнители могут составлять до 80% материала по объему.
• Удельное сопротивление: Обычно около 30 Ом-см в плоскости XY (параллельно платформе печати).
• Удельное сопротивление по оси Z: Выше, чем удельное сопротивление XY (до 115 Ом-см) из-за более слабой межслойной связи.
• Безопасный ток и напряжение: Максимальный ток 100 мА и напряжение 60 В для предотвращения перегрева.
• Сопротивление: Длина нити 1,75 мм 10 см обычно составляет 2000–3000 Ом.

Разные марки демонстрируют разную проводимость в зависимости от состава наполнителя:

Проводящий PLA находит применение в различных областях, включая низковольтную электронику, датчики и экранирование:

• Прототипирование схем: Позволяет быстро создавать низковольтные схемы без традиционных печатных плат или пайки.
• Носимая электроника: Идеально подходит для гибких схем и датчиков в умных перчатках или одежде для мониторинга физической формы.
• Экранирование ЭМИ: Защищает чувствительную электронику от помех в медицинских или аэрокосмических приложениях.
• Защита от электростатического разряда: Используется в антистатических корпусах для защиты электронных компонентов.
• Низкомощное светодиодное освещение: Облегчает компактные, интегрированные конструкции для декоративных или индикаторных ламп.
• Сенсорные датчики: Включает интерактивные кнопки или ползунки для интерфейсов умного дома.

Хотя печать аналогична стандартной печати PLA, проводящий PLA требует определенных настроек для достижения оптимальных результатов.

• Сопло: Рекомендуется закаленная сталь для PLA с сажей, чтобы предотвратить истирание.
• Температура: Обычно 215°C (зависит от марки).
• Температура платформы: 60°C для лучшей адгезии.
• Скорость: Снижена до 10–45 мм/с (медленнее для сложных отпечатков).
• Высота слоя: Меньшая высота улучшает точность и прочность.
• Охлаждение: Умеренное использование вентилятора для предотвращения деформации.

• Хранение материала: Храните нить сухой, чтобы предотвратить поглощение влаги.
• Прочность по оси Z: Разрабатывайте детали, чтобы минимизировать вертикальное напряжение.
• Плотность заполнения: 100% рекомендуется для оптимальной проводимости.
• Электрические ограничения: Не подходит для высоковольтных применений.

Несмотря на свои преимущества, проводящий PLA имеет существенные ограничения:

• Ограниченная проводимость: Не подходит для высоковольтных или сильноточных применений.
• Сниженная механическая прочность: Более хрупкий, чем стандартный PLA.
• Анизотропные свойства: Более слабая связь по оси Z влияет на структурную целостность.
• Более высокая стоимость: Цена выше, чем у обычных нитей PLA.

Проводящий ABS обеспечивает большую прочность и ударопрочность, но требует более высоких температур печати и закрытых принтеров. Выбор зависит от требований применения и возможностей принтера.

Проводящий PLA представляет собой преобразующее достижение в 3D-печати, объединяющее изготовление с электронной функциональностью. Хотя существуют текущие ограничения, продолжающаяся разработка материалов обещает более широкое применение. Эта технология позволяет новаторам прототипировать и производить интегрированные электронные устройства с беспрецедентной эффективностью, что является значительным шагом вперед в аддитивном производстве.