Электропроводящий пластик для 3D-печати: что можно сделать

Коротко: электропроводящий пластик — обычно PLA или другой полимер с наполнителем: техуглеродом, графитом, графеном, углеродными нанотрубками или частицами металла. Он проводит ток, но его сопротивление в тысячи и миллионы раз выше, чем у меди, поэтому провода им не заменить. Где он полезен: сенсорные кнопки (ёмкостные датчики), антистатические корпуса и лотки для электроники, учебные схемы с малым током, датчики изгиба и давления. Печатается как PLA, но наполнитель делает нить хрупкой и абразивной — нужны закалённое сопло и аккуратная подача. Ниже — виды, реальные возможности, печать и подключение.

Как это работает

Сам полимер — диэлектрик. Проводимость дают частицы наполнителя: когда их достаточно много, они касаются друг друга и образуют сеть, по которой течёт ток. Чем больше частиц и чем они проводимее, тем ниже сопротивление, но тем хуже механические свойства: пластик становится хрупким и плохо печатается. Поэтому у проводящих пластиков всегда компромисс между проводимостью и печатаемостью. Важно и то, что каждая граница между линиями и слоями добавляет сопротивление — у напечатанной детали оно выше, чем у монолитного образца.

Виды

Отдельно стоят антистатические (ESD) материалы: их задача — не проводить ток, а медленно и безопасно отводить статический заряд, чтобы он не пробил чувствительную микросхему. Для этого как раз нужно высокое сопротивление. Из таких пластиков печатают корпуса, кассеты и держатели для плат, инструменты для монтажа. Корпуса для электроники.

Реальные возможности

Типичный проводящий PLA с техуглеродом имеет сопротивление порядка десятков Ом на сантиметр сечения материала. На практике дорожка шириной несколько миллиметров и длиной 10 см будет иметь сопротивление от сотен Ом до единиц килоом — точнее покажет только измерение на вашей детали. Этого хватает, чтобы:

• зажечь маломощный светодиод от нескольких вольт (с учётом падения напряжения на дорожке);
• сделать кнопку касания для микроконтроллера — там ток почти не нужен;
• сделать датчик, у которого сопротивление меняется при изгибе или сжатии.

Мотор, нагреватель или сколько-нибудь заметную нагрузку через такую дорожку не запитать: она будет греться и падение напряжения окажется слишком большим. Металлонаполненные материалы проводят лучше, но и они не заменяют медный провод. Металлонаполненный пластик.

Для чего подходит

Самое удачное применение — ёмкостные сенсоры: кнопки и панели касания, игровые контроллеры, интерактивные модели для музеев и обучения. Проводящая часть печатается внутри обычной детали за одну печать на принтере с двумя экструдерами или системой смены пластика. Многоматериальная печать.

Настройки печати

• Температура — как у базового пластика, для проводящего PLA обычно 210–230 °C.
• Сопло — закалённое: углеродные наполнители истирают латунь. Диаметр 0,4–0,6 мм. Какое сопло выбрать.
• Подача — нить хрупкая: прямой путь, без резких изгибов, прижим экструдера слабее. В системах смены пластика может ломаться. Нить ломается.
• Ориентация — ток лучше идёт вдоль линий, чем через слои; дорожки укладывайте в плоскости слоя, с заполнением 100 %.
• Ширина и высота линии — больше сечение, меньше сопротивление.

Как подключить провода

• Вплавить зачищенный провод или штырь паяльником — надёжно и просто.
• Пауза при печати — вложить провод или контакт и закрыть следующими слоями. Пауза при печати.
• Проводящий клей или краска — для подключения к поверхности.
• Винтовой контакт — термовставка в проводящей зоне.

Паять проводящий пластик обычным припоем нельзя — он не смачивает пластик.

Как измерить сопротивление

Напечатайте полоску 50×5×2 мм со 100 % заполнением и измерьте сопротивление мультиметром между концами, прижав щупы к зачищенным торцам или вплавленным штырям. Сравните полоски, напечатанные лёжа и стоя, — разница покажет, насколько слои ухудшают проводимость. Так вы сможете рассчитать дорожки для своей схемы, а не полагаться на цифры из описания материала.

Ограничения и безопасность

• Только низкое напряжение — никогда не используйте проводящий пластик в цепях 220 В.
• Сопротивление меняется от температуры, влажности и механической нагрузки.
• Наполненный пластик хрупкий — не для нагруженных деталей.
• Прочитайте рекомендации производителя по применению и ограничениям материала.

Частые вопросы

Можно ли напечатать провод из проводящего пластика?

Только для очень малых токов; его сопротивление намного выше, чем у меди.

Зачем антистатический пластик?

Чтобы безопасно отводить статический заряд и не повредить электронику.

Можно ли сделать сенсорную кнопку?

Да, это одно из лучших применений.

Нужно ли закалённое сопло?

Желательно: углеродный наполнитель истирает латунь.

Как подключить провод к напечатанной детали?

Вплавить паяльником, вложить при паузе или использовать проводящий клей.

Можно ли использовать в сети 220 В?

Нет, только низковольтные цепи.