Poliamidy to grupa polimerów konstrukcyjnych charakteryzujących się wysoką wytrzymałością i odpornością termiczną. Otrzymywane są w reakcji diamin z kwasami dikarboksylowymi.

PA czyli poliamidy, są grupą polimerów konstrukcyjnych, charakteryzujące się dobrą wytrzymałością mechaniczną, dość wysoką odpornością termiczną oraz dobrą odpornością chemiczną.

Poliamidy (ogólny wzór na rys. 1) to grupa polimerów różniących się znacznie w niektórych aspektach fizykochemicznych i mechanicznych. Najpopularniejsze poliamidy otrzymywane w reakcji diamin z kwasami dikarboksylowymi, polimeryzacji ω-aminokwasów lub ich laktamów.

Odmiany PA różnią się monomerem wykorzystywanym w reakcji polimeryzacji. Najpopularniejszymi poliamidami alifatycznymi stosowanymi w przemyśle są PA6 (rys. 2), PA66 (rys. 3), PA12 (rys. 3), a także PA11, oraz kopolimery PA6/66.

W druku FDM/FFF najpopularniejszymi poliamidami są PA12, PA6/66 i PA6. 

Stosunek ilości grup metylenowych (CH₂) do grup amidowych (CONH) w znacznym stopniu determinuje właściwości poliamidów. Związane jest to częściowo z tworzeniem wiązań wodorowych pomiędzy grupami amidowymi, których obecność znacząco polepsza wytrzymałość mechaniczną i termiczną materiału. Poliamidy o dużym stosunku grup metylenowych do amidowych (PA12, PA11) cechują się niższą wytrzymałością termiczną i mechaniczną, wyższą elastycznością oraz co istotne z punktu przetwórstwa poliamidów, niższą chłonnością wody. Natomiast poliamidy o niskim stosunki ilości grup metylenowych do amidowych (PA6, PA66) charakteryzują się wyższą wytrzymałością mechaniczną i termiczną, wyższą sztywnością oraz większą chłonnością wody. Różnice te (tab. 1) w znaczący sposób implikują różnice w wytrzymałości termicznej poszczególnych poliamidów i w rezultacie różnice w maksymalne temperaturze pracy detali z nich wydrukowanych.

Bardzo istotną cechą z punktu przetwórstwa (i wobec tego także druku FDM/FFF) poliamidów jest ich zdolność do pochłaniania wody. Zawartość wilgoci w materiale, podczas przetwórstwa (w tym podczas druku 3D) powoduje m. in. „pienienie materiału” wynikające z uwalniania się wody podczas podgrzania materiału. Obecność wody podczas wydruku może powodować także degradacje poliamidu (w wyniku hydrolizy). Woda także działa na polimer jak plastyfikator detale wydrukowane z poliamidu po wchłonięciu wilgoci stają się elastyczne przy jednoczesnym obniżeniu wytrzymałości mechanicznej. Dlatego też poliamidy przed procesem drukowania powinny być w tzw. stanie suchym lub powinny zostać dosuszone.

Filamenty z serii Tarfuse® PA to filamenty na bazie PA6 jednak dzięki zastosowaniu specjalnych rozwiązań technologicznych charakteryzują się mniejszym skurczem, co jest niewątpliwą zaletą tego materiału oraz dużą adhezją międzywarstwową. Wytrzymałość na rozciąganie oznaczona na kształtce drukowanej wynosi  ok. 70 MPa jest to wartość zbliżona do parametrów dla kształtek otrzymanych metodą konwencjonalną czyli metodą wtryskiwania.

Wszystkie te właściwości powodują, że filamenty z PA są idealne do druku detali technicznych wymagających dużej odporności mechanicznej,  takie jak koła zębate, łożyska lub detali wymagających podwyższonej wytrzymałości termicznej, np. obudowy nagrzewających się urządzeń. Ponadto dzięki napełnieniu PA włóknami szklanymi czy węglowymi (jak np. seria Tarfuse® PA wzmacniana włóknem węglowym) otrzymuje się filamenty o jeszcze bardziej podwyższonej wytrzymałości mechanicznej niż poliamidy niewzmocnione.

Oprócz stosowania materiału o niskiej zawartości wilgoci, konieczne jest stosowanie drukarek o odpowiednich możliwościach technicznych, umożliwiających osiągnięcie odpowiednich temperatur druku (jednak dużo niższych niż np. do druku poliaryloketonów, jak np. PEEK). Przydatne jest też posiadanie przez drukarkę zamkniętego podajnika na filament, który zapobiega wchłanianiu wody przez materiał.

Podsumowując, filamenty poliamidowe są doskonałym wyborem do drukowania detali technicznych, zwłaszcza gdy priorytetem jest wytrzymałość mechaniczna detalu.

Bibliografia:

1. Chuanhui Zhang, Progress in semicrystalline heat-resistant polyamides, e-Polymers,  Vol. 18, Issue 5 (2018) 373-408

2. Hans Warlimont, Werner Martienssen, Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005