Wollten Sie schon immer etwas mit Ihrem 3D-Drucker erstellen, das elektronische Komponenten enthält? Vielleicht Sensoren, Leiterbahnen oder Abschirmung gegen Hochfrequenzrauschen?

Die leitfähigen FFF/FDM-Filamente für den 3D-Druck wurden für Benutzer entwickelt, die daran interessiert sind, 3D-Druck und Elektronik zu kombinieren. Leitfähige Baugruppen, die Schalter, Potentiometer, LEDs, kapazitive Berührungssensoren integrieren... All dies und noch viel mehr ist dank ihnen möglich.

Speziell entwickelt, um den 3D-Druck von elektronisch leitfähigen Komponenten zu ermöglichen, sind leitfähige Filamente Materialien, die sehr einfach zu drucken und mit fast jedem FDM/FFF-3D-Drucker auf dem Markt kompatibel sind.

Anwendungen

Seine Anwendungen sind vielfältig, aber die folgenden stechen besonders hervor:

Sensoren

Das leitfähige Filament kann verwendet werden, um kapazitive (Berührungs-)Sensoren herzustellen, die in einer Vielzahl von elektronischen Produkten verwendet werden, die im täglichen Leben verwendet werden; Es ist ein hervorragendes Material für die Gestaltung von Human Interface Devices (Eingabestifte für Mobiltelefone und Tablets).

Video 1: Zeigestift. Quelle: Proto-Pasta.

Kapazitive Sensorsensoren können auch verwendet werden, um Annäherung, Position, Feuchtigkeit, Flüssigkeitsstände und Beschleunigung zu messen.

Leitbahnen

Eine weitere Anwendung des leitfähigen Filaments ist die Erzeugung von elektrisch leitenden Schaltkreisen für Anwendungen in der Elektronik, die im Fall von flexiblen leitfähigen Filamenten auch für flexible Elektronik anwendbar sein wird.

Bild 1: Fahrstrecke. Quelle: Recreus.

Traditionell mussten 3D-Druckbegeisterte Teile mit den notwendigen Rillen entwerfen, um ihren Kreationen leitfähige Schaltkreise hinzuzufügen, um nach dem Drucken Kupferdraht hinzuzufügen. Mit dem leitfähigen Filament kann die Verdrahtung gleichzeitig mit dem Konstruktionsprozess des Teils gedruckt werden.

Abschirmung gegen Hochfrequenzrauschen und elektromagnetische Störungen

Die hohe Leitfähigkeit des leitfähigen Filaments eignet sich nicht nur hervorragend für gedruckte 3D-Schaltungen und Sensoren, sondern ist auch nützlich für den Einsatz gegen EMI (elektromagnetische Interferenz) und in sehr wichtigen HF-Abschirmungsanwendungen (Hochfrequenz). Anwendungen Branchenspektrum. Die EMI/RF-Abschirmung wird verwendet, um das elektromagnetische Feld und die elektromagnetische Hochfrequenzstrahlung innerhalb eines Raums zu blockieren; Es ist wichtig, in Krankenhäusern, Labors oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie eine EMI- und HF-Abschirmung zu verwenden, um sich vor konkurrierenden Signalen zu schützen, da diese dazu führen können, dass proprietäre Geräte falsche Messungen liefern. Die EMI/RF-Abschirmung erreicht dies, indem AM-, FM-, TV-, Notdienst- und Telefonsignale blockiert werden. Leitfähiges Filament ist ideal für die Entwicklung von HF-/EMI-Abschirmungen, die in stark kundenspezifischen Artikeln verwendet werden.

Tipps zur Verwendung

Konzipiert für die Verwendung mit Drucken, die für Betrieb bei Raumtemperatur bestimmt sind, und nur für die Verwendung bei Niederspannungs- und Schwachstromprojekten (12 Volt nicht überschreiten), sollten leitfähige Filamente sein bei einer Stromversorgung von mehr als 100 mA vermieden.

Das Drucken mit leitfähigen Filamenten (PLA) ist fast so einfach wie das Drucken mit Standard-PLA. Es ist nicht erforderlich, einen 3D-Drucker mit beheiztem Bett zu haben, wenn Sie jedoch einen haben, wird empfohlen, das beheizte Bett bei 50–60 °C zu verwenden, da eine bessere Haftung erzielt wird.

Eine mögliche Kontamination des leitfähigen Filaments mit Schmutz von den Händen oder Staub aus der Umgebung sollte möglichst vermieden werden, daher wird eine Aufbewahrung an einem trockenen Ort und entfernt von diesen empfohlen und /oder andere Partikel. Es wird auch empfohlen, sich vor und nach der Anwendung die Hände zu waschen und mit Handschuhen zu behandeln. Der Benutzer sollte längeren Kontakt mit Feuchtigkeit vermeiden.

Eine Düse wird zum Drucken von leitfähigem Filament von mindestens 0,4 / 0,5 mm empfohlen. Die 3D-Druckerdüse sollte vor und nach der Verwendung des Filaments immer gewaschen werden, um Druckkomplikationen zu vermeiden. Leitfähiges Filament neigt dazu, an Messingdüsen zu haften, daher wird empfohlen, die Außenfläche der Düse vor dem Drucken mit Öl (technisch oder haushaltsüblich) oder Schmiermittel zu reinigen, um die Ansammlung des Materials auf der Düse zu reduzieren außerhalb der Düse während des Druckens. Sie können auch kunststoffabweisende Farbe verwenden.

Bild 2: Kunststoffabweisende Farbe. Quelle: Sliceengineering.

Die intrinsischen Eigenschaften des leitfähigen Filaments sind derart, dass es nicht im Extruder des 3D-Druckers (während es nicht druckt) im Leerlauf gelassen werden sollte, da es sich ausdehnen und eine Verstopfung der Düse verursachen kann ( Verstopfung ). Daher sollte das Filament nach dem Drucken so schnell wie möglich aus dem Extruder entfernt werden und Reinigungsfilament verwenden. Reinigung.

Bild 3: Reinigungsfilament. Quelle: Smart Materials.

Es ist auch sehr wichtig, bei der empfohlenen Temperatur zu drucken, denn wenn Sie bei einer niedrigeren Temperatur drucken, ist die Viskosität der Schmelze nicht optimal, so dass sie sich ausdehnt und die Düse verstopft; und wenn es bei einer höheren Temperatur gedruckt wird, führt dies zu einer teilweisen Verschlechterung zusammen mit einer erheblichen Ansammlung von Nanomaterialien, die ebenfalls zu einer Düsenverstopfung führen.

Im Falle einer vollständigen Verstopfung der Düse versuchen Sie, sie zu beseitigen, indem Sie die Düse auf 200 °C erhitzen, und versuchen Sie, die Verstopfung mit einem Kupferdraht zu entfernen, oder versuchen Sie, ABS oder PLA (starre Filamente) zu schmelzen, um das Material zu ziehen eingeklemmt oder in Aceton usw. Falls das Problem nicht behoben werden kann, muss die Düse gegen eine neue ausgetauscht werden. Um dies zu vermeiden, müssen alle oben genannten Hinweise berücksichtigt werden.

Auf der anderen Seite ist es auch sehr wichtig, dass die Basis des 3D-Druckers perfekt eben ist, da sich sonst eine erhebliche Menge Material auf der Außenfläche der Düse ansammelt, die sich verfestigt wird den Fluss der Schmelze verstopfen. Daher sollte die Außenfläche des abgekühlten Mundstücks in diesem Fall mit Alkohol gereinigt werden.

Leitfähige Filamente auf dem Markt

Leitfähiges PLA (Proto-Pasta): Mit einer Erweichungstemperatur ähnlich der von PLA ist das leitfähige Filament von Proto-Pasta flexibler, hat aber weniger Haftung zwischen den Schichten. Es kann jedes Element über einen 1-kOhm-Widerstand steuern und ist ideal für Niederspannungsschaltkreise, digitale Tastaturen, die eine geringe Leitfähigkeit erfordern, Arduino, Berührungssensoren, Robotik und Elektronik.

Koltron G1 Graphen-Filament (Addnorth): Dotiert mit Aros Graphene, einem von der Firma Graphmatech entwickelten und patentierten Graphen, und mit einer Matrix auf Basis von Polyvinyldienfluorid (PVDF), einem fortschrittlichen Kunststoff mit hervorragenden mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften, hat das Koltron G1 Filament einen spezifischen Durchgangswiderstand von nur 2 Ω-cm.

Filaflex Leitfähig (Recreus): Als Nächstes werden wir uns dieses Filament genauer ansehen.

Filaflex Leitfähig (Recreus)

Das leitfähige Filaflex ist ein flexibles elastisches TPU-Filament. Mit einer Härte von 92A erreicht es 100 % Bruchdehnung. Nach dem Dehnen nimmt es seine ursprüngliche Form wieder an, ohne sich zu verformen oder zu brechen, und weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Das Filaflex Conductive Filament bietet einen Volumenwiderstand von ca. 3,9 Ω-cm, viel höher als der anderer leitfähiger Filamente.

Vom Hersteller selbst erhalten wir eine Reihe von Tipps, die alle Fragen lösen können, die beim Drucken mit diesem Filament auftreten können:

1. Gehärtete Düse: Es ist nicht notwendig, sie mit dem Filaflex Conductive-Filament zu verwenden. Bei intensiver Nutzung wird jedoch empfohlen, einen zu schnellen Verschleiß zu vermeiden.
2. Sicherheit: Das Drucken mit leitfähigem Filaflex-Filament ist absolut sicher und wird den Drucker nicht beschädigen, aber um ihn unter optimalen Bedingungen zu halten, ist es ratsam, die Düse sehr gut zu reinigen, wenn Sie mit dem Drucken mit dem Filament fertig sind . Somit wird jede Art von Rest, der möglicherweise im Hotend verblieben ist, eliminiert. Die Verwendung von X nach dem Drucken ist ein zusätzlicher Schritt, der auch beim Aufräumen hilft.
3. Leitfähiges Material: Damit das Filament leitfähig ist, informiert Recreus, dass sie eine spezielle Formulierung verwenden, die Ruß enthält, und es ist dieses Element, das dem Filaflex Conductive Filament Leitfähigkeit verleiht.
4. Flexibilität: Nach dem Drucken mit dem Filament geht seine charakteristische Elastizität nicht verloren. Das resultierende Endstück wird immer flexibel und elektrisch leitfähig sein, wobei seine anderen Eigenschaften intakt bleiben.
5. Shore-Härte: Es hat eine Shore-A-Härte von 92, wodurch es für die Verwendung in fast jedem Drucker (einschließlich Bowden) kompatibel ist.
6. Widerstand: Filaflex Conductive hat einen elektrischen Widerstand von etwa 3,9 Ω-cm, aber um die Einhaltung seiner Funktionen zu gewährleisten, muss der Benutzer berücksichtigen, dass sich der Widerstand je nach Druck ändert. Darüber hinaus müssen wir auch den elektrischen Widerstand des Stromkreises berücksichtigen und nicht vergessen, dass das Filament für Niedrigstromanwendungen ausgelegt ist.
7. Haftung zwischen den Schichten: Aufgrund seiner hohen Kohlenstoffbelastung wird die Wärme sehr schnell abgeführt und die Haftung des Teils wird je nach Geometrie beeinträchtigt. Durch Anpassen einiger Druckparameter (Geschwindigkeit 20-25 mm/s, Temperatur 240-255 ºC, keinen Schichtlüfter verwenden) kann der Benutzer eine solche schnelle Dissipation lösen.

Video 2: Flexibilität und Leitfähigkeit mit Filaflex Conductive. Quelle: Recreus.

Zusammenfassend sind leitfähige Filamente Materialien, die speziell entwickelt wurden, um den 3D-Druck von elektronisch leitfähigen Komponenten zu ermöglichen mit fast jedem auf dem Markt erhältlichen FDM/FFF-3D-Drucker, wodurch die Möglichkeiten der additiven Fertigung erweitert werden oder 3D-Druck und ermöglichen den Weg von der Entwicklung zur kommerziellen Anwendung zu verkürzen.