Miért szárítjuk a filamenteket?

A filamentek műanyagból készülnek, amelyeket többnyire valamilyen polimer és a szükséges adalékanyagok alkotnak.  A polimerek olyan molekulaláncokból állnak, amelyek láncát akár több tíz vagy százezer molekula (azaz itt ismétlődő egység) kapcsolódása alkot. Ezek a láncok durva közelítéssel úgy képzelhetők el, mint egy tál spagettitészta: egymáson fekszenek kuszán, részben egymásba gabalyodva.

1. ábra A nedves filament gyakran "szálaz" [1]

A nedvességfelvétel szempontjából kétféle polimertípust különböztethetünk meg: vannak a hidrofób anyagok, amelyek nem igényelnek szárítást, mivel nem kötik meg a vizet, tipikus példák lehetnek az úgynevezett poliolefinek, mint a polipropilén (PP) vagy a polietilén (PE), illetve vannak a hidrofil anyagok, amelyek vízfelvételre képesek, ezért őket szárítani szükséges. A hidrofil anyagok csoportjába tartozik a politejsav (PLA), polietilén-tereftalát-glikol (PET-G), a poliamid vagy ismertebb nevén a nylon (PA).

A hidrofil alapanyagok vízfelvételéért a molekulaláncaik úgynevezett hidrofil csoportjai felelnek (mint például: -OH, -COOH), melyek intermolekuláris – azaz molekulák közötti – kötésekkel meg tudják kötni a vízmolekulákat. Annál több nedvességet kötnek meg ezek az alapanyagok minél nagyobb a környezeti relatív nedvességtartalom.

A nedvességtartalom hasonló módon befolyásolja a polimerek viselkedését, mint a hőmérséklet: mivel a víz hatására a molekulák egymástól távolabb kerülnek, így nedvesség hatására a modulus csökken, az alakíthatóság nő. Ez egyes anyagoknál jelentősebb hatással bír, egyes poliamidok nedves állapotban mért szilárdsága akár 20%-kal is kisebb lehet, mint száraz állapotukban [2].

A víz jelenléte a feldolgozás közben okozza számunkra a legnagyobb problémát: a víz a nyomtatási hőmérsékleten már gőzzé válik, a nyomtatás során a filamenttel együtt távozik a fúvókából, melynek hatására a nyomtatott tárgy felülete buborékos lehet, illetve jelentős szálazást is okozhat. A molekulák szintjén sem jobb a helyzet: a forrásban lévő víz kémiai reakcióval meg tudja bontani a molekulaláncokat (például PLA, PA), így a hosszú láncok helyett több rövidebb lánc alakul ki, melyek mechanikai tulajdonságai így sokkal gyengébbek lesznek. Ezt a kémiai reakciót a polimerek hidrolízisének nevezzük és rendkívül káros jelenségnek mondhatjuk [3]. A hidrolízis jellemzően a feldolgozási hőmérsékleten okoz problémát. A hidrolízist a természetben is megfigyelhetjük, a szervezetünk a maltózt víz felhasználásával glükózra bontja, ez a reakció is hidrolízis.

2. ábra A hidrolízis a természetben [4]

A polimerláncok degradációját a hidrolízisen kívül számos más környezeti hatás is okozhatja, ilyen például a nagy hőmérsékletterhelés és az UV sugárzás is, melyekről a jövőben bővebben említést fogunk tenni.

Mit jelent ez a nyomtatás során?

A vizes filamentre több jel is utalhat a nyomtatás során: a legszembetűnőbb, ha az alapanyag „szálaz”, azaz az utazás során a fúvókából alapanyag csöppen el, ahogy azt az 1. ábra is bemutatja. A nyomtatás során hallható pattogó hang a filamentből elforró vízre utalhat, a készülő tárgy ilyenkor mattabb, buborékokkal tagolt felülete szintén a vizes alapanyagra utalhat.

Hivatkozások:

[1]https://www.reddit.com/r/FixMyPrint/comments/ny2m7j/difference_between_dry_and_wet_filament/

[2]Bodor Géza, Vas László M.: Polimer anyagszerkezettan,  Budapest: Műegyetemi kiadó 2005., old: 222-227.

[3]Petr Stloukal et. al.: The influence of a hydrolysis-inhabiting additive on the degradation and biodegradation of PLA and its nanocomposites, Polymer Testing 41 (2015) 124-132

[4]https://hu.khanacademy.org/science/biology/xd0add07ff39257dd:macromolecules/xd0add07ff39257dd:introduction-to-macromolecues/a/introduction-to-macromolecules