Nhựa in 3D FDM

Tổng hợp các loại nhựa in 3d FDM và những điều cần biết

 FDM (Fused Deposition Modeling) là công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay, sử dụng các sợi nhựa dẻo làm vật liệu in. Từng loại nhựa FDM có đặc tính kỹ thuật, ưu nhược điểm và ứng dụng riêng biệt. Bài viết này sẽ đi sâu phân tích các loại vật liệu nhựa phổ biến cho in 3D FDM .

Nhựa PLA (Polylactic Acid)

• Đặc tính kỹ thuật: PLA là loại nhựa thân thiện môi trường, phân hủy sinh học (từ bột ngô, tinh bột) và không có mùi khó chịu khi in Khối lượng thể tích của PLA khoảng 1.20–1.24 g/cm³. PLA có độ cứng cao (Young’s modulus ~2.68 GPa) và sức căng kéo đạt ~40 MPa, nhưng độ giãn dài ở gãy rất thấp (~2.5% chỉ trong trục XY), cho thấy vật liệu khá giòn. Nhiệt độ thủy tinh (Tg) khoảng 62°C và nhiệt độ biến dạng khi chịu tải (HDT) cũng vào khoảng 63°C
• Ưu điểm: Dễ in (ít co rút, độ cong vênh thấp), tần số in cao, bề mặt in bóng mịn. Không độc hại và hầu như không mùi khi in. PLA cũng có nhiều màu sắc và phiên bản đặc biệt (PLA silks, PLA nhám…) phục vụ trang trí và mô hình minh họa. Độ cứng lớn và độ bền kéo tương đối cao cũng giúp PLA thích hợp cho các mô hình cơ bản.
• Nhược điểm: Khả năng chịu nhiệt kém (chỉ đến ~60°C), dễ biến dạng ở nhiệt độ phòng cao và không dùng cho chi tiết chịu tải nhiệt. PLA cũng giòn, độ dãn dài thấp, nên khả năng hấp thụ va đập kém. Các chi tiết PLA dễ gẫy khi bị uốn hay va đập mạnh (impact strength ~13 kJ/m²  thấp hơn nhiều so với các vật liệu kỹ thuật khác). PLA không chịu được môi trường ngoài trời lâu dài (ít biến màu so với ASA/ABS), và không bền cơ học bằng ABS hay PETG.
• Ứng dụng phổ biến: Do dễ in và an toàn, PLA thường dùng cho mẫu thử ý tưởng (prototyping), mô hình trình diễn (architectural model, tác phẩm nghệ thuật, giáo dục), đồ chơi, phụ kiện trang trí. Các bộ phận không chịu tải hoặc nhiệt độ cao cũng rất phù hợp với PLA. Vì độ bóng và tính thẩm mỹ cao, PLA được dùng để in mô hình chi tiết như nhân vật, mô hình xe, các bộ phận demo.

Khả năng in và tương thích: PLA có thể in được trên hầu hết các máy in FDM thông dụng. Nhiệt độ đầu đùn thường khuyến nghị trong khoảng 190–220 °C, bàn in (heated bed) có thể để ở 0–60 °C (thường 30–60 °C). PLA không cần buồng kín và thường dùng quạt làm mát mở, giúp chi tiết đông nhanh, sắc nét. Người dùng chỉ cần bề mặt dính (như BuildTak®, băng dính in 3D) và nhiệt độ bàn vừa phải để tăng độ bám. Do cấu tạo dễ co giãn nên PLA hầu như không yêu cầu buồng nhiệt độ cao; nhiều máy in cơ bản có thể xử lý tốt. Tuy nhiên, PLA hút ẩm (dù ít hơn Nylon) cũng cần bảo quản khô ráo. Với các máy FDM phổ thông (thường có đầu in ~200 °C và bàn nóng), PLA là lựa chọn dễ dùng nhất.

Xem chi tiết: Nhựa PLA 

Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

• Đặc tính kỹ thuật: ABS là một loại nhiệt dẻo công nghiệp được dùng rộng rãi, có khả năng chịu va đập và chịu nhiệt tốt. Theo Raise3D, ABS có tính năng cơ học lớn và khả năng chịu nhiệt lên tới ~90°. ABS cũng không tan trong nước và gần như không có mùi cay nồng khi in (theo Raise3D, “Odor / Almost odorless, nhưng thực tế nhiều filament ABS phổ thông vẫn có mùi khó chịu do tạp chất).
• Ưu điểm: Bền chắc, dẻo dai, chịu va đập tốt (impact strength ~12.6 kJ/m²). Khả năng chịu nhiệt và ổn định cơ học tốtkhiến ABS phù hợp cho các chi tiết chịu tải và phải xử lý nhiệt hậu kỳ (mài, sơn, nhúng dung môi). Đặc tính cơ khí ưu việt giúp ABS được dùng nhiều trong in mẫu chức năng, thử nghiệm chức năng (function testing) và cả chi tiết cuối cùng của sản phẩm Ngoài ra, ABS có thể xử lý bề mặt bằng dung môi (aceton) để làm trơn mịn (vapor smoothing), tạo bề mặt bóng đẹp cho các chi tiết.
• Nhược điểm: ABS dễ cong vênh do co rút khi nguội, đòi hỏi buồng nhiệt và bàn in giữ ấm tốt. Khi in, ABS có thể tạo ra mùi khá nồng (cần thông gió hoặc lọc khí). Để in thành công ABS, thường cần bàn in nóng ~90–110°C và buồng kín, như Raise3D khuyến cáo (yêu cầu heated bed và closed chamber)Ngoài ra, ABS giòn ở nhiệt độ thấp và có thể nứt gãy nếu uốn mạnh. So với PLA, ABS cứng và bền hơn nhưng in khó hơn.
• Ứng dụng phổ biến: ABS được dùng trong các sản phẩm nhựa tiêu dùng và công nghiệp như vỏ điện thoại, vỏ máy bay mô hình, phụ tùng ôtô, đồ gia dụng, bộ phận điện tử (ví dụ Lego chính hãng được làm từ ABS). Nó phù hợp cho các chi tiết công nghiệp, khung máy, phụ kiện chịu nhiệt và va đập. Nhờ cơ tính tốt, ABS dùng để in các mẫu thử chức năng, khuôn mẫu, cũng như linh kiện đòi hỏi độ bền cao.

Khả năng in và tương thích: Tùy filament, ABS thường in ở nhiệt độ đầu đùn ~245–265 °C, bàn 90–105 °C Quạt làm mát nên tắt hoặc rất thấp, nhằm tránh làm nguội nhanh và cong vênh. ABS yêu cầu máy in có bàn nóng mạnh và lý tưởng nhất là buồng kín để giảm sự chênh nhiệt. Mặc dù vậy, nhiều máy in FDM hiện nay (đặc biệt máy công nghiệp và prosumer) hỗ trợ tốt ABS. Các biện pháp như dùng băng keo chuyên dụng, keo dán giường in (Magigoo), hoặc dùng chất nền BuildTak giúp cải thiện độ bám và giảm cong vênh.và nó khó in hơn PLA nhưng bù lại cho độ bền cơ học vượt trội.

Xem chi tiết: Nhựa ABS

Nhựa PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)

• Đặc tính kỹ thuật: PETG là vật liệu nhiệt dẻo với thành phần gần giống PET nhưng có thêm glycol để giảm tính kết tinh, cho phép in dễ dàng hơn. Raise3D mô tả PETG là nhựa nhiệt dẻo công nghiệp với khả năng chịu hóa chất tốt, cứng chắc và độ bền cao, có kháng nhiệt tốt. Ưu điểm nổi bật của PETG là độ bền kéo và va đập cao hơn PLA, đồng thời gần như không co rút khi in. Nhiệt độ làm việc (HDT) của PETG thường khoảng 75–85°C (tùy hãng), tương đương hoặc hơi kém hơn ABS.
• Ưu điểm: Chịu lực tốt và bền dẻo (cường độ kéo cao, tính dai); kháng va đập mạnh hơn PLA. Chịu được một số hóa chất và độ ẩm; độ bóng tự nhiên của PETG cho bề mặt sáng mượt. PETG không dễ giòn ở nhiệt độ thấp, trong khi vẫn giữ được tính dễ in: tỉ lệ cong vênh rất thấp, có thể in ở tầng mở. Theo Raise3D, PETG có khả năng chịu nhiệt tương đương ABS nhưng in dễ hơn. Nó cũng ít gây mùi hơn ABS khi in.
• Nhược điểm: Một số PETG có xu hướng dây tơ (stringing) và bông (oose) khi in, đòi hỏi hiệu chỉnh tốc độ và nhiệt độ. Tính ổn định về kích thước cao nên cần tối ưu lớp vỏ mỏng và tốc độ. PETG mềm dẻo hơn PLA nên dễ bị biến dạng dưới áp lực lâu dài. Ngoài ra, PETG có điểm nóng chảy cao hơn PLA (~230–250°C) nên cần đầu in đủ nhiệt.
• Ứng dụng phổ biến: PETG thường dùng trong các chi tiết yêu cầu độ bền cao, tính dẻo, và tiếp xúc với môi trường ẩm hoặc hóa chất nhẹ: vỏ thiết bị điện tử, các phụ kiện công nghiệp, bình chứa, ống dẫn. Do bề mặt sáng bóng, PETG cũng phù hợp với chi tiết trưng bày, trang trí. Các bộ phận máy móc nhỏ, dụng cụ cầm tay, linh kiện ô tô,… thường tận dụng ưu thế chịu lực và chống ăn mòn của PETG. Nó được dùng nhiều khi cần giải pháp thay thế PLA (khi cần sức bền hơn) hoặc ABS (khi muốn in dễ và ít khói).

Khả năng in và tương thích: PETG có khoảng nhiệt độ in phổ biến 230–240 °C cho đầu đùn và bàn in giữ khoảng 70–80 °C để tăng độ bám. Không cần buồng kín, nhưng nên hạn chế gió lùa mạnh. Tốc độ in trung bình 30–70 mm/s. PETG tương thích với hầu hết máy in có đầu đùn đạt 240°C và bàn nóng; không cần đầu làm mát quá thấp vì vừa phải giúp PETG làm nguội chậm hơn PLA. Để tăng độ bám, bề mặt như băng in PET (Kapton), Magigoo PETG, hoặc BuildTak thường được dùng. PETG cũng dễ in trên các máy cơ bản, chỉ cần điều chỉnh nhỏ về nhiệt độ so với PLA. Với đặc tính linh hoạt hơn PLA, PETG cho phép máy in FDM dùng vòi đồng bình thường (copper nozzle) mà không quá lo sợ kẹt.

Xem chi tiết: Nhựa PETG 

Nhựa TPU (Thermoplastic Polyurethane)

• Đặc tính kỹ thuật: TPU là nhiệt đàn hồi (TPU-95A thường nói), thuộc nhóm TPE (Thermoplastic Elastomer), có độ cứng, rất đàn hồi và bền khi kéo dãn. TPU-95A có độ giãn dài ở đứt cực cao , có khả năng hút xung lực va đập. N và gần như không mùi. Môi trường in: TPU dễ hút ẩm như Nylon, nên cần làm khô trước khi in để tránh vấn đề bong bóng và lắng cặn nhựa (Raise3D khuyến cáo sấy trước 70 °C trong 8–10h nếu in tốc độ cao)
• Ưu điểm: Đặc tính “cao su hóa”, TPU linh hoạt, dai và co giãn tốt, chịu mài mòn cao. Nó hấp thụ sốc và rung động, phù hợp cho chi tiết giảm chấn hoặc tiếp xúc bề mặt êm (như tay cầm, miếng đệm). TPU-95A của Raise3D có khả năng đàn hồi, bền chắc và chống mài mòn, thường dùng cho in ống dẫn, gioăng, cao su non, ống giảm sốc, bọc ống, máng xe đạp, lót giày (insoles) và chi tiết mềm mại yêu cầu độ bền cơ học. TPU gần như trong suốt trắng đục và có thể pha màu nhiều sắc đẹp.
• Nhược điểm: Do tính dẻo dai nên TPU khó đùn—yêu cầu máy in có cơ cấu cấp liệu tốt (khuyến cáo máy đùn trực tiếp (direct drive) hoặc ít nhất 1:3 gear ratio). Tốc độ in phải chậm (trung bình 15–40 mm/s) để đảm bảo độ chính xác, tránh hiện tượng nén nhựa gây đường in không đều. TPU có xu hướng bị đùn trượt (under-extrusion) nếu cơ cấu đẩy yếu. Nó cũng dễ dính vào vòi (nay các profile Raise3D TPU-95A đã dùng Magigoo và quạt 100% để giảm dính). TPU kén bề mặt, nên phải tăng mức bám (dùng băng keo PEI, Magigoo Flex…). Ngoài ra, TPU ít cứng, nên chi tiết TPU chịu tải trọng lớn không bằng nhựa cứng, và chỉ chịu nhiệt tối đa ~60–80°C (dùng ở nhiệt độ phòng là chủ yếu). Vòi đồng bình thường có thể dùng cho TPU, nhưng hạn chế dùng quạt lớn để giữ nhiệt.
• Ứng dụng phổ biến: Nhờ độ đàn hồi, TPU dùng cho chi tiết mềm yêu cầu tiếp xúc bề mặt và chịu sốc: ống mềm dẫn khí/dầu, ròng rọc, vòng đệm, gioăng chống thấm, độn lót gót giày, thiết bị thể thao, các bộ phận chiếu sáng (dải LED mềm), miếng đệm silicon tạm thời… TPU thích hợp cho mô hình đòi hỏi bề mặt tiếp xúc êm và đàn hồi. Máy in Raise3D ghi nhận các ứng dụng như in ống, gioăng, đệm, lót bằng TPU-95A rất phổ biến.

Khả năng in và tương thích: TPU khuyến nghị in ở nhiệt độ đầu đùn 200–220 °C, bàn in 25–50 °C (có thể để mát hoặc dùng PET tape. Quạt mát bật 100% để tăng tốc độ làm nguội lớp, giúp chi tiết giữ hình dạng tốt hơn. Cần đầu thạch anh hoặc kim loại tiêu chuẩn (đầu đồng không bị ăn mòn ở nhiệt độ này). Máy in nên dùng trục cấp liệu chắc chắn. TPU tương thích với các máy đùn cải tiến hỗ trợ vật liệu dẻo (ví dụ Raise3D E2 dùng cặp đẩy Titan), nhưng các máy in FDM cơ bản thường không in TPU tốt nếu không thay thế bộ cấp liệu hoặc vòi. Khuyên dùng đùn trực tiếp, độ căng trục nhỏ và mặt in dính tốt (dùng keo sáp in 3D).

Xem chi tiết: Nhựa TPU

Nhựa ASA (Acrylonitrile Styrene Acrylate)

• Đặc tính kỹ thuật: ASA là nhiệt dẻo tương tự ABS nhưng có kháng UV và thời tiết vượt trội. Raise3D cho biết ASA (Acrylic Styrene Acrylonitrile) có cấu trúc gần với ABS, nhưng nổi bật hơn ở tính chịu tia UV và thời tiết. ASA trong công nghiệp sử dụng chủ yếu cho các sản phẩm ngoài trời vì nó không bị phai màu hay giòn do ánh nắng. Độ cứng và độ bền của ASA tương đương hoặc hơi hơn ABS. Nhiệt độ thủy tinh của ASA khoảng 98°C, HDT ~100–103°C, tương đương ABS, cho phép chi tiết làm việc trong khoảng -20 đến 80°C liên tục.
• Ưu điểm: Chịu nắng và thời tiết tốt (ASA không ố vàng hay nứt giòn dưới tia UV, thích hợp cho các chi tiết ngoài trời). Về cơ lý, ASA có thể mạnh và cứng tương tự ABS hoặc hơi nhỉnh hơn, và ít bị co lại sau xử lý. Nó cũng có khả năng chịu nhiệt cao (HDT ~100°C như đã nói) và tương đối bền hóa học. Bề mặt in ASA tương đối bóng mịn, có thể sơn phủ tốt.
• Nhược điểm: Giống ABS, ASA dễ cong vênh khi in, yêu cầu bàn nóng cao và tốt nhất là buồng kín. Nhiệt độ đùn cao (khoảng 240–260°C) và nhiệt độ bàn nóng (~75–95°C). ASA còn có mùi khá khó chịu khi in do các thành phần hóa học, vì vậy cần thông gió hoặc bộ lọc khí. Giá thành ASA thường cao hơn ABS. Khi in ASA cũng cần vật liệu dính tốt và nhiệt độ môi trường ổn định (Raise3D đề nghị môi trường 50–70°C. ASA cứng hơn ABS nên có thể giòn hơn, khó in cho người mới.
• Ứng dụng phổ biến: ASA được dùng cho các linh kiện cần lắp đặt ngoài trời: thiết bị điện tử ngoài trời (tủ điện, vỏ bộ phận GPS), phụ tùng xe cộ (gương, bộ chia gió), đồ gia dụng đặt ngoài trời (ghế, trang trí sân vườn), biển quảng cáo, phụ kiện trang trí chịu mưa nắng. Bất kỳ chi tiết nào mà ABS thường dùng nhưng yêu cầu tiếp xúc lâu dài với ánh sáng mặt trời đều có thể chuyển sang ASA. Trong công nghiệp ôtô, ASA dùng cho các bộ phận ngoại thất do khả năng kháng phai màu.

Khả năng in và tương thích: ASA in tương tự ABS nhưng yêu cầu khắt khe hơn một chút. Nhiệt độ đầu đùn thường ở 240–260 °C, bàn in 75–95 °C, và quạt mát tắt. Buồng in nên được làm kín hoặc tạo nhiệt nhẹ (~50–70 °C) để giảm co ngót. ASA tương thích với các máy FDM có khả năng lên nhiệt cao và buồng kín; các máy cao cấp như Raise3D, Bambu Lab với tấm gắn bơm nhiệt (AMS), hoặc dùng buồng sưởi đều có thể in ASA ổn. Các dòng máy in cá nhân cơ bản đôi khi in ASA được nhưng cần nhiều kinh nghiệm điều chỉnh. Do ASA khá giống ABS, nhiều kỹ thuật in của ABS (như dùng Magigoo ABS, hỗ trợ thành phần phòng thí nghiệm) đều áp dụng được cho ASA.

Xem chi tiết: Nhựa in 3D FDM HP ASA

Nhựa PC (Polycarbonate)

• Đặc tính kỹ thuật: Polycarbonate (PC) là vật liệu kỹ thuật cao cấp với độ bền va đập cực tốt và chịu nhiệt cao. Theo Raise3D, PC “có độ bền va đập lớn và thường dùng để in các bộ phận cứng chắc, chịu được nhiệt tới 110 °C”. Kết cấu phân tử PC cho phép nó đạt khả năng chịu lực cao; PC Premium của Raise3D có cường độ kéo ~60 MPa và modulus khoảng 2.0 GPa. Đặc biệt, Tg của PC khoảng 113°C và HDT ~114°C (ở 0.45 MPa), nằm trong số cao nhất của các filament thông dụng. PC trong in 3D thường trong suốt, nhưng hầu hết người dùng in PC màu (xanh, đen) cho độ bền cao. Nhựa PC hút ẩm nhiều nên phải in thật khô, và dễ bị co ngót khi đông cứng.
• Ưu điểm: PC rất cứng và bền (impact strength ~25 kJ/m²), và có tính đàn hồi va đập vượt trội (gấp nhiều lần ABS, PLA) nhờ phân tử aromatic tuyến tính. Chịu nhiệt cao (làm việc liên tục ở ~100°C) nên các chi tiết PC có thể dùng gần động cơ, bộ phận tản nhiệt, linh kiện ngoài trời mà ít biến dạng. PC còn có độ trong suốt nếu in đặc biệt, phục vụ các ứng dụng đòi hỏi tính quang học. Theo Raise3D, PC là “sự thay thế hoàn hảo cho kim loại trong môi trường nhiệt độ cao, ví dụ bên dưới nắp capo ô tô”. Do vậy, PC thích hợp với các sản phẩm yêu cầu độ bền cao, như khung gầm, bánh răng chịu tải, bộ phận điều khiển (cần in chính xác độ phân giải cao).
• Nhược điểm: In PC rất khó. Nó yêu cầu đầu đùn cao (khoảng 250–270 °C, bàn in rất nóng (90–105 °C) và nhất thiết phải có buồng kín hoặc ít nhất có nắp để giữ nhiệt. Nếu không, vật thể sẽ co rút mạnh, gây cong vênh và nứt gãy. PC dễ hút ẩm (dễ bị phun hơi nước trong nhựa khi in) nên phải sấy khô cẩn thận. Tốc độ in nên chậm (~30–50 mm/s). Đầu phun nên dùng loại chịu nhiệt tốt (V2/V6 All Metal hoặc vòi thép đúc). Do yêu cầu cao, PC thường chỉ in được trên máy chuyên dụng hoặc các máy FDM nâng cấp (ví dụ máy Raise3D cũ có thể cần mod E3D hoặc dùng Magigoo PC). Nhược điểm nữa là chi phí nguyên vật liệu và máy in phải cao; chi phí đầu tư không rẻ.
• Ứng dụng phổ biến: Nhờ cơ tính ưu việt, PC được dùng trong in 3D cho các chi tiết chịu lực lớn và nhiệt độ cao: bộ phận xe hơi (như bộ phận dưới máy), vỏ thiết bị điện nóng, mô hình kỹ thuật yêu cầu chính xác cao (cánh quạt, khung máy bay, khung máy móc), sản phẩm chống va đập (mũ bảo hiểm, kính bảo hộ, bộ phận máy ảnh), khuôn in hay jigs yêu cầu bền nhiệt. PC cũng dùng để in các mẫu dùng thử cuối cùng cần độ bền cao. Nhiều khi PC được xử lý hậu kỳ (đun nóng để tăng độ ổn định, thổi kẹo hóa học) để đạt chất lượng cao nhất.

Khả năng in và tương thích: Raise3D Premium PC in ở đầu đùn 250–270 °C, bàn in 90–105 °C. Quạt mát tắt. Phải dùng bề mặt dính rất tốt (như PEI hoặc Magigoo PC) để chống co; cũng cần buồng nhiệt (>70°C) để tránh nguội nhanh. PC chỉ tương thích với máy in FDM có khả năng in trên 270 °C và buồng kín (nhiều máy công nghiệp hoặc các máy đã nâng cấp mạch). Sau khi in, PC còn được khuyến nghị xử lý nhiệt bổ sung (annealing, ví dụ gia nhiệt chi tiết ở 100 °C trong 2 giờ để tăng tính ổn định. Do yêu cầu cao nên PC ít phổ biến trên máy dân dụng, nhưng lại là lựa chọn số một khi cần tính năng thay thế kim loại.

Xem ch́i tiết: Sợi nhựa in 3D PC

Nhựa Nylon (Polyamide, PA)

• Đặc tính kỹ thuật: Nylon là danh từ chung cho các polyamit nhiệt dẻo như PA6, PA66, PA12. Đây là loại vật liệu kỹ thuật với tính chất cơ học vượt trội: rất bền, chịu va đập tốt, độ dẻo dai cao. Raise3D mô tả Nylon (PA) là vật liệu có hiệu suất cơ học vượt trội với độ bền kéo và mô đun căng lớn, độ đàn hồi tốt và hệ số ma sát thấp. Nylon có độ bền kéo và va đập cao hơn PLA/ABS, có thể co rút nhiều khi nguội (mặt bằng cần gia nhiệt). Nhiệt độ làm việc liên tục thường khoảng 80–120°C tùy loại, và HDT của Nylon trung bình ~80–110°C. Nylon cũng có khả năng chống mài mòn và chịu hóa chất tốt. Tuy nhiên Nylon siêu hút ẩm (có thể hút đến 8–10% trọng lượng nước/ngày) nên trước khi in phải sấy khô kỹ.
• Ưu điểm: Rất bền và dai, chịu lực kéo lớn và độ bền va đập cao. Mặc dù giòn ở nhiệt độ – nhưng khi đủ mềm, Nylon có độ dẻo cao, giảm giòn do gãy đứt (độ dãn dài ~100–300% với nhiều Nylon kỹ thuật). Có hệ số ma sát thấp, ít mài mòn khi tiếp xúc kim loại (phù hợp cho bánh răng, bạc trượt). Chịu nhiệt và chịu hóa chất hơn PLA/ABS, thường dùng được ở nhiệt độ phòng đến khoảng 80°C. Ứng dụng Nylon rộng rãi trong công nghiệp do độ bền cao và chịu mòn (ví dụ in khớp nối, trục cam, bánh xe, dụng cụ…)
• Nhược điểm: Hấp thụ ẩm rất mạnh (gấp nhiều lần ABS), do đó chi tiết in từ Nylon dễ co ngót, biến dạng và giảm tính chất cơ nếu không sấy khô trước. In Nylon khó do warping lớn, đòi hỏi buồng kín hoặc ít nhất bàn in cao nhiệt (khoảng 60–100°C, thường 80°C với nylon PA6) và mặt dính tối ưu (PEI, Keo dính nhựa). Không thích hợp để in ở môi trường nhà (yêu cầu máy nâng cao). Nylon cứng và dẻo dần, nhưng thiếu cứng cáp so với PC; nó cũng đòi hỏi vòi in bền (hardened nozzle) vì sợi Nylon thường có tính chất mài mòn (đặc biệt Nylon pha CF/GF). Tuy nhiên, ưu điểm vượt trội về cơ lý khiến Nylon xếp hạng cao cho in kỹ thuật.
• Ứng dụng phổ biến: Nylon được dùng nhiều trong các chi tiết cơ khí, bánh răng, bạc đạn, bản lề, lớp phủ, ống nối chịu áp lực; là lựa chọn cho mô hình chức năng và linh kiện yêu cầu khả năng dẻo dai và chịu mài mòn. Ngoài ra, với nylon kỹ thuật (PA12, PA6) còn dùng trong tự động hóa, ô tô, hàng không để thay thế các chi tiết kim loại ở mức tần suất thấp. Các filament Nylon có sẵn như PA6, PA12, NylonX (NYLON pha sợi carbon) đều dùng trong sản xuất mô hình dụng cụ, jigs, đồ gá, các bộ phận cơ học.

Khả năng in và tương thích: Nhiệt độ đầu đùn Nylon (tuỳ loại) vào khoảng 240–270 °C (ví dụ Nylon PA6 thường 250–270°C); bàn in nên để 70–100 °C, có thể cần phun keo dính đặc biệt. Buồng kín hoặc buồng trùm cần thiết để giảm warping. Máy in phải chịu được nhiệt độ cao và có khung ổn định (ví dụ máy cao cấp hoặc đừng để môi trường gió). Do Nylon thấm nước, cần giữ khô và cài chế độ gia nhiệt buồng in nếu có. Nylon khó in hơn so với nhựa tiêu chuẩn; chỉ những máy FDM chuyên nghiệp hoặc máy FDM đã nâng cấp mới khuyến cáo dùng Nylon.

Xem chi tiết: Nhựa In 3D Phrozen Nylon

Nhựa PEEK (Polyether Ether Ketone)

• Đặc tính kỹ thuật: PEEK là polymer hiệu suất cao, bán tinh thể thuộc nhóm PAEK, có khả năng cơ nhiệt vượt trội. Nó được mệnh danh “cứng hơn cả thép” trong in 3D nhựa. PEEK chịu được nhiệt cực cao và hóa chất, có tỷ lệ bền chịu nhiệt lớn. Để in PEEK, cần máy in FDM đặc biệt: đầu đùn ~360–400 °C và buồng kín có thể gia nhiệt trên 120 °C, bàn in đến 230 °C để ngăn ngừa warping Nhiệt độ biến dạng của PEEK vào khoảng 150–160°C (HDT cao nhất trong số nhựa phổ thông), và chịu tải lâu dài ở ~250°C. PEEK có tính chất kháng cháy (UL94 V-0), dễ vô trùng (sterilizable), cách điện tốt và kháng hóa chất mạnh.
• Ưu điểm: Độ bền nhiệt và bền cơ học rất cao, có thể thay thế một số kim loại nhẹ trong ứng dụng đòi hỏi. PEEK kháng mài mòn và hóa chất tuyệt hảo, chịu được áp suất, áp lực lớn. Nó nhẹ hơn kim loại nhưng có tỷ trọng bền/chất lượng cao (strength-to-weight ratio). Sử dụng trong y tế (implant, dụng cụ phẫu thuật vì vô trùng được), hàng không (linh kiện nhiệt độ cao, khung máy bay) và ô tô (bộ phận dưới nắp máy). PEEK không dễ cháy, chống biến màu, nên dùng cho môi trường khắt khe. Nếu so sánh với ULTI (PEI), PEEK có độ bền cơ học tốt hơn.
• Nhược điểm: In PEEK cực kỳ khó. Ngoài yêu cầu nhiệt độ cao, PEEK rất đắt (gấp nhiều lần nhựa thường). Mức độ co ngót lớn đòi hỏi công nghệ in tối ưu (buồng nhiệt phủ graphit, buildplate dính đặc biệt). Phần mềm điều khiển in phải cân bằng dòng nén hạt nóng tốt. PEEK chỉ in được trên máy chuyên dụng (như Apium, Intamsys, Wolf, Ai Build, hoặc các máy tương đương) và thường kèm tính năng sấy liên tục. Máy thông thường (như Raise3D, Bambu) không thể in PEEK. Ngoài ra, PEEK cũng giòn hơn các loại nhựa mềm (tỷ lệ dãn dài thấp hơn PA6). Tóm lại, PEEK chỉ dành cho môi trường cực kỳ khắc nghiệt, không dùng cho nhu cầu in 3D phổ thông.
• Ứng dụng phổ biến: Do tính năng vượt trội, PEEK dùng trong công nghiệp hàng không, y tế (cánh tay robot, trục khoan, bộ phận máy bay), ô tô cao cấp (bộ phận động cơ chịu nhiệt và áp suất), các chi tiết lọc hóa chất, bộ phận in ấn công nghiệp. PEEK là lựa chọn số một khi cần vật liệu gần như kim loại, đắt đỏ nhưng bền bỉ.

Khả năng in và tương thích: In PEEK cần đầu đùn tới ~400 °C, buồng làm nóng ~120–140 °C và bàn in ~230 °C. Thiết bị in phải đảm bảo nhiệt độ ổn định hoàn toàn. Hầu hết máy FDM thông thường không đáp ứng được, chỉ các máy FDM công nghiệp cao cấp mới hỗ trợ in PEEK. Với PEEK, hầu như không cần bàn dính thêm vì chân đế nóng cực cao giúp dính chắc. Độ chính xác sau in còn phụ thuộc vào quá trình làm nguội từ từ, thường phải phủ vải cách nhiệt bên ngoài. PEEK gần như không dùng cho người dùng cá nhân do yêu cầu cao và chi phí.

Vật liệu composite (cốt sợi) cho in 3D FDM

Ngoài các vật liệu thuần nêu trên, còn có nhiều filament composite được pha thêm sợi gia cường (carbon fiber – CF hoặc glass fiber – GF) nhằm tăng tính cứng và ổn định của chi tiết in. Các loại phổ biến bao gồm PLA-CF, PETG-CF, ASA-CF, ABS-GF, PA6-CF, PA6-GF, PC-CF và PLA-GF. Điểm chung của vật liệu composite là độ cứng và môđun căng tăng đáng kể, ít co ngót hơn, khả năng chịu nhiệt và chịu tải thường cao hơn vật liệu gốc, nhưng đồng thời dễ mài mòn mũi in và giòn hơn. Dưới đây là phân tích từng loại:

PLA-CF (PLA pha sợi carbon)

PLA-CF là PLA nguyên chất có thêm sợi carbon ngắn, giúp cải thiện độ cứng và độ bền. PLA-CF vẫn giữ được ưu điểm dễ in của PLA (ít cong vênh, không cần buồng kín). Tuy nhiên, do chứa sợi carbon, bề mặt in có màu mờ và lớp in ít lộ đường nét (matte finish, che lấp vân lớp). Về cơ tính, PLA-CF mạnh hơn PLA thường: Bending modulus (độ cứng uốn) tăng ~67% và strength tăng ~68% (xa hơn PLA). Điều này khiến PLA-CF phù hợp với các chi tiết đòi hỏi chịu lực căng và độ ổn định cao hơn PLA, ví dụ khung xe đạp mô hình, gá kẹp, phụ kiện phi công nghiệp. Nhược điểm của PLA-CF là giòn hơn PLA (độ dãn thấp), và sợi carbon mài mòn đầu in (nên dùng đầu inox cứng). PLA-CF dễ in ở nhiệt độ tương tự PLA (khoảng 190–220°C), nhưng do tốc độ in cao (Hyper FFF) nên đôi khi được in nhanh hơn. Bambu Lab cho biết PLA-CF “dễ in và thân thiện với người mới” mặt in nhám mịn, giảm rung bề mặt. PLA-CF tương thích với các máy FDM đa số nếu có đầu in cứng (steel nozzle) để chịu mài mòn.

PETG-CF (PETG pha sợi carbon)

PETG-CF là filament PETG gia cố bằng carbon. Như trang hướng dẫn của Bambu Lab nêu, PETG-CF có độ bền cao hơn PETG thường nhưng vẫn giữ được độ dẻo và bóng (tính đàn hồi). Sợi carbon giúp tăng cứng, giảm co rút, đồng thời bề mặt in có lớp kết cấu mờ (carbon texture) nhưng vẫn bóng nhẹ của PETG. Ưu điểm của PETG-CF là cơ tính vững chắc hơn PETG (tăng độ cứng và kháng va đập) trong khi vẫn dễ in hơn ABS, ít bị stringing nhờ công thức cải tiến. Nhược điểm là tương tự vật liệu cốt sợi: cần đầu in cứng và cẩn trọng ở tốc độ, vì carbon làm tăng độ ăn mòn và có thể gây rỉ cạnh đầu ra. Thông số in của PETG-CF thường giống PETG: nozzle ~230–240°C, bàn 70–80°C. PETG-CF thích hợp in các chi tiết máy bay đồ chơi, drone, vỏ hộp chịu va đập; đối với máy in, cần đảm bảo vòi inox/hardened và đã sấy filament để hạn chế ẩm.

ASA-CF (ASA pha sợi carbon)

ASA-CF kết hợp ưu điểm kháng UV của ASA và độ cứng của sợi carbon. Theo Bambu Lab, ASA-CF cực kỳ bền ngoài trời; nó giữ được các đặc tính vật liệu ASA (chống thời tiết/UV) đồng thời gia tăng độ cứng và độ ổn định kích thước nhờ sợi carbonĐây là lựa chọn lý tưởng cho các chi tiết ngoài trời và cỡ lớn cần tính chính xác cao. Ưu điểm của ASA-CF gồm khả năng chịu thời tiết và tia UV xuất sắc (ít đổi màu, ít giòn)đồng thời co ngót rất ít do carbon giảm ứng suất khi nguội Khả năng chịu lực và chịu nhiệt cũng tăng nhẹ so với ASA thường. Nhược điểm là ASA-CF cần in ở nhiệt độ cao (thường 250–260°C) và yêu cầu buồng kín để giữ nhiệt. Ngoài ra, nó đòi hỏi vòi thép cứng (hardened) và phải sấy khô trước khi in. Ứng dụng: chi tiết cứng trong môi trường khắc nghiệt như bộ phận điện tử ngoài trời, linh kiện ô tô trang trí hay đồ dùng vườn, nơi ASA thông thường đã là lựa chọn an toàn. Như Bambu Lab khuyến cáo, ASA-CF được thiết kế cho môi trường bên ngoài khắc nghiệt

ABS-GF (ABS pha sợi thủy tinh)

ABS-GF là ABS truyền thống được pha thêm sợi thủy tinh (glass fiber). Sợi thủy tinh giúp tăng độ cứng, ổn định hình học và giảm méo cong. Bambu Lab cho biết ABS-GF tăng cường mạnh mẽ sức mạnh và độ cứng so với ABS thường: nó chịu lực và kháng uốn tốt hơn, khả năng chịu nhiệt và độ ổn định kích thước cũng vượt trội. Bề mặt in ABS-GF thường có lớp vân mờ matt với vệt bóng nhỏ, giúp che mờ đường lớp. Ưu điểm của ABS-GF là rất phù hợp cho chi tiết cơ khí chịu tải, khung máy nhẹ, bánh răng hoặc ốp lưng chịu mài mòn (ABS-GF có khả năng kháng nước và mài mòn tốt)ABS-GF “mạnh hơn và cứng hơn ABS thường”, giảm biến dạng và méo mó. Nhược điểm: sợi thủy tinh cũng rất mài mòn đầu in (phải dùng nozzle làm từ hợp kim hoặc Inox chịu mài), và ABS-GF vẫn cần in nhiệt độ cao (~250°C) và bàn nóng (~90–100°C) giống ABS. So với ABS, ABS-GF cứng hơn (do có glass fiber) nhưng ít đàn hồi hơn. Nó phù hợp cả làm chi tiết chịu lực

PA6-CF (Nylon 6 pha sợi carbon)

PA6-CF (Nylon 6 + carbon fiber) là vật liệu kỹ thuật cao, kết hợp độ bền dẻo của nylon với cứng chắc của sợi carbon. Theo Bambu Lab, PA6-CF có độ cứng và độ bền rất cao khi khô, đồng thời giữ được khả năng chịu nhiệt và va đập tuyệt Khi so với nylon bình thường, PA6-CF tăng ~18% cường độ uốn và ~24% độ cứng uốn (dry state). Điều này giúp chi tiết in từ PA6-CF chịu lực lớn mà không bị cong hay vênh. PA6-CF cũng kháng rung và va đập tốt, lý tưởng cho chi tiết chịu tải thấp, bộ phận máy móc. Nhược điểm: phải in ở nhiệt độ rất cao (~260–280°C) và buồng kín nóng (giống tất cả nylon pha carbon), đòi hỏi vòi in chịu mài mòn (steel nozzle). Sợi carbon tăng cứng nhưng làm giảm phần nào tính dai của nylon (tuy PA6 vẫn dẻo nhưng bớt đàn hồi), nên cần chú ý chi tiết. Dòng PA6-CF được dùng nhiều cho phụ kiện ôtô, công cụ, cấu kiện cơ khí trong môi trường khô.

PC-CF (PC pha sợi carbon)

PC-CF là polycarbonate có thêm sợi carbon. Mục tiêu là tăng cứng và ổn định cho PC vốn đã rất cứng và chịu nhiệt cao. PC-CF thừa hưởng nhiệt độ chịu nhiệt của PC (~110°C) và gia tăng độ cứng (modulus) nhờ carbon. Mặc dù tài liệu cụ thể không dẫn ở đây, nhưng theo nguyên lý, PC-CF sẽ rất cứng, nhẹ hơn và có bề mặt trông mờ (carbon) so với PC thông thường. PC-CF được dùng cho chi tiết kỹ thuật cần chịu lực cao và nhiệt độ, ví dụ khung máy bay mô hình, cánh quạt drone. Nhược điểm tương tự PC: cần in rất cao (250–270°C), buồng nhiệt và nozzle cứng. Carbon cũng làm PC-CF dễ giòn hơn PC thuần. Máy in cần hỗ trợ nhiệt độ cao và hoàn toàn tương thích với nozzle thép.

PLA-GF (PLA pha sợi thủy tinh)

PLA-GF là PLA thông thường có pha sợi thủy tinh. Tương tự PLA-CF, PLA-GF tăng độ cứng và chịu lực (nhưng sợi thủy tinh thường nặng hơn carbon). PLA-GF cho kết cấu bề mặt sần sùi, ít bóng hơn PLA. Ưu điểm của PLA-GF là độ giãn uốn và độ bền va đập tốt hơn PLA thuần, đồng thời ổn định hình học hơn. Nhược điểm: vật liệu nặng hơn, độ giòn tăng (so với PLA), và như mọi vật liệu reinforced, cần đầu in cứng. Thông số in không khác PLA nhiều: đầu 190–220°C, bàn 50–60°C. PLA-GF dùng nhiều cho chi tiết cần độ cứng cao hơn PLA, ví dụ bộ phận cơ khí nhẹ, model trang trí bền bỉ.

Bảng tổng hợp so sánh các vật liệu

Cuối cùng, bảng dưới đây tóm tắt các thông số in cơ bản và ưu nhược điểm chính của từng vật liệu đã nêu, giúp đối chiếu nhanh.

Các thông số trong bảng trên là tóm lược khuyến nghị và tính chất chung. Ví dụ, PLA, ABS, PETG, TPU, ASA và PC lấy từ

Kết luận: Mỗi loại nhựa FDM có ưu nhược riêng, phù hợp từng mục đích khác nhau. PLA, PETG và TPU phù hợp cho in dân dụng và mẫu ý tưởng. ABS, ASA, PC, Nylon, PEEK dùng trong công nghiệp và ứng dụng chức năng cần độ bền cao. Các vật liệu composite cốt sợi tăng cường độ cứng, ổn định kích thước (giảm cong vênh) cho các ứng dụng kỹ thuật nâng cao. Khi lựa chọn vật liệu, phải cân nhắc cả khả năng in (nhiệt độ máy in, buồng kín), đặc tính cơ lý và yêu cầu cuối cùng của sản phẩm.

Theo dõi chúng tôi để cập nhập những thông tin và bài đánh giá mới nhất: Fanpage 3D Thinking