Suhu Transisi Kaca Filamen 3D

Dalam artikel ini, saya akan membahas apa itu transisi gelas, suhu di mana jenis filamen yang paling umum mencapai keadaan transisi gelas itu serta suhu lelehnya, yang pasti tidak sama, bagaimana mencapai suhu transisi gelas yang lebih tinggi pada model cetak 3D yang dicetak dengan filamen yang memiliki suhu transisi gelas rendah (seperti PLA), dan banyak lagi!

Jadi, tanpa basa-basi lagi, mari kita langsung ke dalamnya!

Berapa suhu transisi gelas?

Dalam kimia, suhu transisi gelas (Tg) adalah suhu di mana suatu material mengalami transisi dari keadaan kristal kaku menjadi keadaan amorf seperti kaca. Dengan kata lain, suhu transisi gelas adalah suhu di mana padatan mengubah sifat fisiknya dari padatan kristal keras menjadi padatan amorf (keadaan karet).

Suhu transisi gelas adalah suhu di mana gerakan molekul pada dasarnya membeku. Ini adalah akibat langsung dari kekuatan gaya tarik menarik antarmolekul seperti gaya Van der Waal.

Gaya Van der Waal disebabkan oleh akumulasi elektron dalam molekul. Jika ada terlalu banyak energi panas, gaya tarik menarik antar molekul dihancurkan dan suhu transisi gelas terjadi.

Bagi mereka yang tidak berbicara "Kimia":suhu transisi gelas suatu bahan adalah suhu di mana ia berubah dari padatan yang keras, agak rapuh menjadi bahan yang lebih lembut dan agak kenyal/lengket. Maksud saya bukan 'lengket' dalam arti permen karet atau sirup, hanya saja Anda bisa memerasnya tanpa retak atau pecah apa pun.

Transisi kaca- dan suhu leleh Filamen 3D

Filamen	Suhu Nozzle	Suhu Transisi Kaca Tg (C)	Suhu Mencair Tm (C)	Tempat Tidur berpemanas Suhu	Risiko Bengkok	Kemudahan Penggunaan	Biaya
PLA	180 °C – 230 °C	60-65 °C	155 °C	60 °C tetapi tidak diperlukan)	Rendah	Mudah	$10 – $25
ABS	230 °C – 250 °C	105 °C	Amorf	Sekitar. 100 °C	Sedang	Menengah	$15 – $25
PETG	230 °C – 250 °C	80-82°C	210 °C	Sekitar. 100 °C	Rendah	Mudah	$15 – $20
Nilon	230 °C – 260 °C	70-80 °C	217°C	80 °C – 100 °C	Sedang	Menengah	$50 – $65
ASA	220 °C – 250 °C	100 °C	250-260 °C	Sekitar. 100 °C	Rendah	Menengah	$30 – $50
Polikarbonat	270 °C – 310 °C	147°C	260 °C	90 °C – 110 °C	Tinggi	Sulit	$30 – $60
HIPS	230 °C – 250 °C	88-92°C	180 – 270 °C	Sekitar. 100 °C	Rendah	Menengah	$20 – $60
TPE	210 °C – 230 °C	60-130 °C	150–210 °C	Tidak wajib	Rendah	Mudah	$80 – $100

Perbedaan antara Transisi Kaca- dan Temperatur Peleburan filamen?

Anehnya, Temperatur Transisi Kaca (Tg) dan Temperatur Leleh (Tm) adalah sifat fisik yang terkait erat tetapi keduanya bukanlah hal yang sama sama sekali, meskipun keduanya berhubungan dengan perubahan keadaan, kedua istilah tersebut mewakili hal yang agak berbeda.

Transisi Kaca, sebuah fenomena yang berhubungan dengan viskositas, belum tentu titik persilangan antara padat dan cair; itu adalah titik persilangan antara padatan kaku dan padatan karet. Secara ilmiah, inilah perbedaannya:Suhu leleh adalah suhu saat benda padat mulai melebur menjadi cair, sedangkan suhu Transisi Kaca menunjukkan titik di mana benda padat menjadi kenyal tetapi tidak cair.

Untuk memahami ini, bayangkan Anda membuat pizza; Ketika irisan keju dikeluarkan dari freezer, akan menjadi keras tetapi setelah beberapa menit pada suhu kamar menjadi lunak dan kenyal. Ini dapat dianggap sebagai Suhu Transisi Kaca (Tg) keju.

Saat Anda mengoleskan keju di atas pizza dan memanggangnya di dalam oven, keju akan meleleh, dan ini akan dianggap sebagai Suhu Leleh (Tm) keju yaitu, suhu di mana keju meleleh dari padatan karet menjadi cairan kental yang lengket.

Apa yang dimaksud dengan suhu transisi gelas yang lebih tinggi?

Suhu transisi gelas (Tg) yang lebih tinggi berarti suatu bahan membutuhkan waktu lebih lama untuk berubah dari padat menjadi bahan lunak saat Anda memanaskannya. Misalnya, jika Anda menerapkan panas pada sesuatu dengan Tg 200 C, itu akan menjadi lunak pada 200 C.

Bahan dengan Tg 390 C menjadi lunak pada 390 C. Yang dimaksud dengan lunak adalah kehilangan kekuatan tarik, kekakuan, dan kekakuannya. Objek bahkan dapat berubah bentuk karena beratnya sendiri jika mengalami suhu yang lebih tinggi dari suhu transisi gelasnya Tg.

Apa yang terjadi pada filamen ketika berada di atas suhu transisi gelasnya?

Filamen yang berada di atas suhu transisi gelas (Tg) berada dalam keadaan gelas yang tidak stabil secara termodinamika dan akan menunjukkan semua sifat cairan.

Anda dapat merujuk kembali ke tabel yang saya sebutkan sebelumnya tentang suhu Transisi Kaca dari jenis filamen spesifik Anda, tetapi saya selalu menyarankan Anda untuk memeriksa spesifikasi filamen yang Anda beli karena pabrikan akan memiliki instruksi yang lebih mendalam tentang cara cetak dengan itu.

Mengapa ini relevan saat mengatur suhu tempat tidur berpemanas?

Ada dua masalah utama yang dapat muncul yang terkait dengan suhu filamen yang diekstrusi, atau lebih tepatnya, suhu tempat tidur dan seberapa cepat/lambat dibiarkan dingin. Isu-isu ini adalah; Warping dan kaki Gajah.

Melengkung

Warping' adalah kecenderungan bagian yang dicetak untuk melengkung ke atas selama proses pencetakan. Alasan utama pembengkokan adalah bahwa lapisan bawah dicetak pada pelat dingin atau platform bangunan dan saat dingin, lapisan tersebut berkontraksi lebih banyak daripada lapisan atas.

Oleh karena itu, lapisan atas menekuk ke luar saat mendingin menciptakan ketegangan yang tidak merata pada bagian yang mengarah ke lengkungan.

Untuk mengurangi lengkungan pada cetakan 3D, produsen memperkenalkan alas berpemanas pada beberapa printer 3D mereka yang dapat digunakan untuk menghindari pendinginan cepat pada lapisan bawah.

Jadi, sekarang lapisan bawah akan dicetak di atas alas berpemanas (yang sudah dipanaskan hingga suhu tertentu tergantung pada filamen yang Anda gunakan) dan tidak akan berkontraksi lebih dari lapisan atas saat cetakan mendingin secara bertahap. Oleh karena itu, lengkungan akan berkurang secara signifikan jika tidak dihindari sepenuhnya.

Sekarang, bagaimana mengetahui suhu transisi gelas dari filamen memainkan peran penting; Sebelum menggunakan filamen untuk mencetak objek 3D, alih-alih memanaskan tempat tidur ke suhu acak, jika kita mengatur suhunya sangat dekat dengan suhu transisi kaca filamen, lengkungan akan sepenuhnya dihilangkan, dan bagian yang dicetak juga akan menempel lebih baik ke tempat tidur.

Sekedar tips tambahan, ratakan tempat tidur pada suhu yang akan Anda gunakan untuk mencetak, karena ini akan memberikan hasil terbaik.

Kaki gajah

Kaki gajah paling sering terjadi sebagai akibat dari lapisan pertama yang tidak didinginkan. Jika suhu alas cetak terlalu tinggi, atau jika pendinginan tidak memadai, lapisan pertama mungkin tidak cukup cepat dingin, menyebabkan kaki gajah.

Masalah ini cenderung muncul terutama pada cetakan yang lebih besar, karena disebabkan oleh berat objek yang menekan lapisan pertama. Jika tidak didinginkan dengan benar, berat ini menyebabkan lapisan pertama menggembung.

Karena suhu alas lebih tinggi dari suhu transisi gelas filamen, hal ini menyebabkan bagian bawah tidak mendingin dengan benar dan menonjol keluar.

Oleh karena itu, mengetahui suhu transisi kaca filamen dan kemudian mengatur suhu tempat tidur sedikit lebih rendah membantu Anda menghilangkan kaki Gajah yang ditakuti.

Kapan suhu transisi gelas yang lebih tinggi penting?

Suhu transisi kaca dapat memberikan perkiraan perkiraan tentang suhu di mana bagian cetakan 3D akan bertransisi langsung dari objek padat 'tercetak' yang berguna menjadi objek lunak 'karet' yang tidak berguna yang bahkan dapat berubah bentuk karena beratnya sendiri.

Inilah sebabnya mengapa mengetahui suhu kaca dari filamen tertentu akan memungkinkan Anda membuat keputusan yang lebih tepat tentang cara menggunakan bagian cetakan 3D, karena beberapa plastik, seperti PLA, akan mulai berubah bentuk dengan cukup cepat jika ditinggalkan di bawah sinar matahari atau di tempat mobil.

Filamen untuk penggunaan di luar ruangan

Jika Anda mencetak objek 3D untuk penggunaan di luar ruangan, mungkin lebih cocok menggunakan ABS seperti filamen karena suhu transisi kacanya (105C) jauh lebih tinggi daripada suhu luar ruangan bahkan pada hari musim panas, dan seperti yang baru saja saya sebutkan , PLA dapat berubah bentuk jika dibiarkan di luar dalam panas.

Ada banyak filamen lain yang bisa digunakan di luar ruangan, seperti PETG, ASA, dan lainnya. Namun, saya menulis seluruh artikel tentang hal ini, jadi pastikan untuk membacanya juga.

Penggunaan yang membutuhkan bahan untuk menahan suhu tinggi

Jika Anda mencetak objek yang akan terkena suhu tinggi, maka Anda harus menggunakan jenis filamen yang memiliki suhu transisi kaca yang lebih tinggi, jika tidak maka mungkin akan berubah bentuk.

Katakanlah, Anda telah menggunakan PETG T (82C) untuk mencetak 3D bagian yang akan mengalami suhu tinggi 85C-95C, itu pasti akan gagal dan menyia-nyiakan usaha Anda.

PLA memiliki suhu Transisi Kaca yang sangat rendah, itulah sebabnya saya tidak akan merekomendasikan menggunakannya untuk apa pun yang akan membuat plastik mendekati tingkat panas tersebut.

Di sisi lain, ada banyak filamen yang cocok digunakan pada suhu tinggi, seperti ABS, Polycarbonate, ASA, dll. (sekali lagi, lihat kembali tabel di awal postingan).

Apakah PLA akan meleleh di dalam mobil?

PLA atau asam polilaktat adalah termoplastik yang berasal dari sumber terbarukan seperti jagung dan tebu. PLA adalah bahan cetak 3D serba guna yang memiliki kualitas cetak sangat baik dengan daya rekat lapisan yang baik dan kekuatan sedang, bahkan, ini adalah salah satu rekomendasi utama saya untuk roda gigi, kedua setelah nilon.

Anda bahkan dapat menemukan filamen PLA berbahan dasar kedelai dan jagung yang dapat terurai secara hayati!

Namun, PLA sangat tidak cocok digunakan untuk mencetak suku cadang mobil 3D, karena Tg-nya adalah (60-65C) dan pada hari yang terik, suku cadang mobil yang dicetak dari PLA akan berubah bentuk.

Tentu saja, jika Anda berpikir untuk menggunakan PLA untuk mencetak beberapa suku cadang pengganti di ruang mesin, lupakan saja!

Inilah sebabnya mengapa suku cadang mobil biasanya terbuat dari ABS karena bukan hanya plastik yang lebih keras tetapi Tg-nya juga jauh lebih tinggi yaitu 105C.

Apakah mungkin untuk meningkatkan suhu transisi gelas bagian PLA?

Ya, Anda dapat meningkatkan suhu transisi kaca pada cetakan PLA Anda dengan menambahkan aditif, tetapi Anda harus menyadari potensi pertukaran dalam kekuatan dan infusibilitas.

Turunan PLA seperti TPLA atau HTPLA menawarkan keunggulan PLA standar tetapi dapat diberi perlakuan panas setelah pencetakan. Ini membantu mereka mempertahankan bentuk dan kekakuannya pada suhu yang jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan PLA standar.

Temperatur transisi kaca yang lebih tinggi membuat bagian lebih kaku dan keras, dan metode terbaik untuk meningkatkan temperatur transisi kaca objek 3D yang dicetak dari filamen PLA standar adalah dengan menganilnya (memanaskannya hingga temperatur transisi kaca dan di bawah titik leleh titik).

Apa keuntungan dari anil?

Perlakuan termal dari cetakan 3D disebut "anil".

Metode umum untuk menganil objek cetak 3D menggunakan tungku atmosfer, oven, dan sumber pemanas tidak langsung.

Ini akan mengatur ulang struktur kristal internal dan menyebabkan butiran yang lebih besar terbentuk, yang akan menghasilkan objek yang jauh lebih kuat yang kurang rentan terhadap pemisahan lapisan, dan pengujian telah menunjukkan bahwa menganil bagian cetakan 3D dapat menghasilkan peningkatan 40% dalam kekuatan dan ketahanan keseluruhan. .

Satu-satunya kelemahan dari hal ini adalah jika dilakukan secara tidak benar, model akan menjadi melengkung dan menyusut ke arah X dan Y sementara mengembang ke arah Z.

Hal penting lain yang perlu dipertimbangkan sebelum menganil objek Anda adalah objek harus dicetak dengan isi 100%. Saya tahu ini kedengarannya tidak ideal, tetapi menganil cetakan yang memiliki isi 20% atau 30% akan menyebabkannya berkontraksi dengan cara yang tidak terduga, yang hampir selalu menghasilkan hasil yang buruk.

Selama proses ini, diperlukan pengisi untuk mendukungnya, jika tidak maka akan berubah bentuk jika ada ruang kosong yang acak atau tidak beraturan di dalam objek.

Infill yang paling cocok, murah, dan cepat untuk proses annealing adalah line infill.

Lebih tahan

Pencetakan 3D adalah teknik hemat biaya untuk membuat bagian dan struktur kompleks dengan detail rumit. Namun, beberapa objek cetak 3D tidak memiliki integritas struktural yang sama dengan objek yang dibuat dengan cetakan injeksi, terutama dalam kondisi yang menuntut seperti kekuatan tinggi.

Annealing adalah salah satu cara untuk meningkatkan sifat fisik komponen cetak 3D, membuatnya lebih tahan lama karena lapisan-lapisannya menyatu lebih kuat.

Meningkatkan suhu transisi gelas

Proses anil juga meningkatkan ketahanan suhu objek cetak 3D. Ilmu di balik ini cukup sederhana, benda cetak 3D standar memiliki struktur molekul amorf yang acak, mereka tidak memiliki titik leleh, sebaliknya, ketika dipanaskan, mereka secara bertahap menjadi lebih lembut sampai meleleh sepenuhnya menjadi cairan. Selama proses annealing, saat kita memanaskan objek 3D, molekulnya mengatur ulang dirinya sendiri dalam struktur semi-kristal yang sebagian terorganisir.

Ini menghasilkan ikatan antarmolekul yang lebih kuat dan karenanya suhu transisi gelas lebih tinggi.

Saya melakukan percobaan untuk mencari tahu apa yang terjadi pada suhu transisi gelas dari objek yang dicetak dari filamen PLA (Tg 60C) setelah dianil pada 90C. Hasil saya menunjukkan bahwa suhu transisi gelasnya telah meningkat menjadi 110C.

Ini hampir 100% peningkatan dan sebagai akibatnya menghilangkan salah satu tantangan terbesar objek pencetakan 3D dengan PLA standar.

Pemrosesan akhir yang lebih mudah

Pencetakan FDM 3D menghasilkan permukaan yang kasar di bagian luar objek yang dicetak. Modelnya tidak mulus dan ini berarti akan lebih sulit untuk diproses di kemudian hari, misalnya pengecatan atau pernis.

Proses annealing dapat digunakan untuk menghaluskan permukaan cetakan, mengisi lubang yang hilang, dan menghasilkan model dengan tampilan profesional.

Oleh karena itu, anil meminimalkan waktu yang diperlukan untuk menambahkan sentuhan akhir pada cetakan baru Anda dan juga membuatnya lebih kuat!

Lihat bagian produk yang kami rekomendasikan

Kami membuat bagian produk yang direkomendasikan yang akan memungkinkan Anda untuk menghilangkan dugaan dan mengurangi waktu yang dihabiskan untuk meneliti printer, filamen, atau peningkatan apa yang akan didapat, karena kami tahu bahwa ini bisa menjadi tugas yang sangat menakutkan dan yang umumnya menyebabkan banyak kebingungan .

Kami telah memilih hanya segelintir printer 3D yang kami anggap baik untuk pemula maupun menengah, dan bahkan para ahli, membuat keputusan lebih mudah, dan filamen, serta peningkatan yang terdaftar, semuanya diuji oleh kami dan dipilih dengan cermat. , sehingga Anda tahu bahwa mana pun yang Anda pilih akan berfungsi sebagaimana mestinya.