Většina hobby 3D tiskařů začíná s tuhými materiály jako PLA, PETG nebo ABS. Tyto plasty jsou pevné a spolehlivé, ale nedokážou se ohnout ani absorbovat náraz bez prasknutí. A přesně tady přichází na řadu TPU a Flex filamenty. Ohebné materiály otevírají úplně novou kategorii aplikací: pouzdra na telefon, těsnění, podrážky, kola modelových aut, ergonomické rukojeti nebo díly tlumící vibrace. Tisk ohebných filamentů má ale svá specifika, která začátečníky často odradí. Tento průvodce shrnuje, jaké druhy ohebných materiálů existují, jak se liší podle Shore tvrdosti, jak je správně nastavit ve sliceru a kde se nejčastěji dělají chyby vedoucí k zaseknutí v extruderu.
Co je vlastně Flex filament a jak souvisí s TPU?
Flex filament je zastřešující kategorie pro 3D tiskové materiály známé jako termoplastické elastomery (TPE). Na rozdíl od běžných plastů jejich složení kombinuje tvrdou plastovou složku s pryžovou složkou. Díky tomu se materiál chová při zahřátí jako klasický termoplast a po vychladnutí má vlastnosti podobné gumě. Lze ho tedy roztavit, protlačit tryskou tiskárny a nechat opět ztuhnout do požadovaného tvaru.
TPU, neboli termoplastický polyuretan, je nejrozšířenějším zástupcem této kategorie. Z technického hlediska je TPU podtyp TPE, ale ve světě 3D tisku se s ním pracuje jako se samostatnou kategorií, protože nabízí výrazně lepší tisknutelnost než typické měkčí TPE. TPU je obvykle stiffer (tužší), díky čemuž se snáze protlačuje extruderem, ale zároveň si zachovává elasticitu, odolnost proti oděru a chemickou odolnost vůči olejům a tukům.
V praxi se proto pojmy Flex a TPU často zaměňují. Když výrobce uvede na cívce označení Flex, nejde většinou o nic jiného než o TPU s konkrétní Shore tvrdostí. Označení Flex je marketingově srozumitelnější pro nováčky, zatímco TPU je technicky přesnější termín, kterému dají přednost zkušenější uživatelé.
Shore tvrdost: jak číst číslo na cívce
Slovo flexibilní je samo o sobě hodně mlhavé. Aby bylo možné jednotlivé materiály objektivně porovnat, výrobci používají Shore stupnici tvrdosti, nejčastěji v sériích A a D. Čím nižší číslo, tím měkčí materiál. Stupnice A pokrývá pryžové materiály, stupnice D zase tvrdší plasty. Pro 3D tisk hobby uživatele jsou klíčové hodnoty v rozsahu zhruba 60A až 100A.
Praxe ukazuje, že Shore 85A odpovídá zhruba podrážce boty nebo gumičce. Tyto materiály jsou velmi měkké a tisknout je je značně náročné, protože filament má tendenci se v extruderu kroutit a ohýbat místo aby se tlačil do horké zóny. Shore 95A je polotuhý, srovnatelný s kolečkem nákupního vozíku nebo automobilovou pneumatikou. Právě tato hodnota se stala standardem pro 3D tisk, protože nabízí optimální kompromis mezi flexibilitou a tisknutelností. Shore 60D je naopak polotuhý jako bezpečnostní helma, ohýbá se jen mírně, ale zachovává si vysokou houževnatost.
Při výběru filamentu je tedy užitečné nejprve uvážit požadovanou aplikaci. Pro pouzdro na telefon, které by mělo mít pružnost gumového obalu, je vhodnější TPU 85A nebo 95A. Pro funkční díl, který se má pouze mírně deformovat a vrátit do původního tvaru, lépe poslouží varianta 98A až 60D. Označení Bambu Lab TPU 95A HF nebo Prusament TPU 95A jasně signalizuje, že jde o všestrannou střední tvrdost vhodnou pro většinu projektů.
- Shore 60A až 85A: velmi měkké materiály, obtížně tisknutelné na bowdenových systémech, vhodné jen pro Direct Drive extrudery
- Shore 90A až 95A: zlatý standard pro hobby tisk, kompromis flexibility a tisknutelnosti
- Shore 98A až 60D: polotuhé materiály, snadný tisk, mírná elasticita s vysokou houževnatostí
Typy ohebných materiálů: TPU, TPE, TPC a Soft PLA
V hobby segmentu se začátečník nejčastěji setká se čtyřmi hlavními typy ohebných materiálů. Každý z nich má své silné stránky a typické nasazení. Volba mezi nimi by neměla být náhodná, protože rozdíly ve zpracování i ve výsledných vlastnostech jsou výrazné.
TPU, tedy termoplastický polyuretan, je nejpopulárnější ohebný filament. Vyniká vysokou odolností proti oděru, působení olejů a tuků. Bývá tužší než ostatní ohebné materiály, obvykle kolem Shore 95A, což zjednodušuje protlačování extruderem. TPE v 3D tiskovém slangu označuje měkčí, gumovější filamenty (často 85A nebo méně). Nabízejí lepší elasticitu, ale tisknou se výrazně hůř kvůli své měkkosti. TPC, termoplastický kopolyester, je průmyslový materiál s tvrdostí 85A až 100A, odolný vysokým teplotám, UV záření a chemikáliím. V hobby tisku není moc běžný, ale využívá se pro outdoor aplikace.
Soft PLA, někdy nazývaný flexibilní PLA, je zvláštní kategorií. Jde o ohebnou variantu klasického PLA, která je ohebnější než běžné PLA, ale méně elastická než TPU. Tiskne se snadněji, méně se zasekává a nehrozí výrazné stringování. Pro skutečně gumové aplikace ale nemá dostatečnou pružnost. Pro většinu uživatelů zůstává TPU 95A nejrozumnější volbou pro vstup do světa ohebných materiálů.
Typické aplikace ohebných filamentů
Přechod od tuhých k ohebným materiálům znamená výrazné rozšíření možností, co může 3D tiskárna vyrobit. Funkční vlastnosti ohebných výtisků otevírají kategorie aplikací, které jsou s PLA, PETG nebo ABS prakticky nemožné. Komunita kolem 3D tisku za posledních pár let posunula TPU z exotického materiálu do mainstreamu právě díky šíři využití.
Mezi nejčastější aplikace patří ochranná pouzdra na telefony a tablety, kde elasticita absorbuje energii nárazu. Dále těsnění, O-kroužky a manžety, kde nelze koupit komerční variantu v přesných rozměrech. V hobby modelařině se TPU používá na pneumatiky RC modelů, tlumící prvky pro drony nebo gumové podvozky. Ve sportovním vybavení vznikají chrániče, antiskluzové podložky a ergonomické gripy. V domácnosti najdou ohebné výtisky uplatnění jako protiskluzové nožičky nábytku, podložky pod předměty nebo opravné záplaty na obuv.
Zvláštní kategorií jsou prototypy a funkční testy. Pokud designer potřebuje ověřit ergonomii budoucí rukojeti nebo měkkost konkrétního dílu, TPU umožňuje vyrobit reálnou vzorovou součástku během hodin místo čekání na vstřikované díly. Pro malé série, kde investice do formy nedává ekonomický smysl, je TPU často jediná schůdná cesta.
- Ochranná pouzdra na elektroniku
- Těsnění, O-kroužky, manžety
- Pneumatiky RC modelů a tlumící prvky
- Ergonomické rukojeti a gripy
- Protiskluzové nožičky a podložky
- Funkční prototypy s gumovým chováním
Nastavení tisku: teploty, rychlosti a retrakce
Tisk TPU vyžaduje jiná nastavení sliceru než běžné PLA. Většina značkových profilů v OrcaSlicer, Bambu Studio nebo PrusaSlicer už obsahuje optimalizované presety pro konkrétní materiál, takže prvním krokem by mělo být stažení správného profilu od výrobce filamentu. Pokud profil pro daný materiál neexistuje, lze začít s následujícími hodnotami a doladit je podle výsledku.
Teplota trysky se u TPU 95A obvykle pohybuje v rozmezí 220 až 240°C. Bambu Lab TPU 95A HF doporučuje například 220 až 235°C. Teplota podložky kolem 35 až 50°C dostatečně zajistí adhezi, vyšší teploty nejsou potřeba. Rychlost tisku je největším nepřítelem ohebných materiálů: standardní 60 mm/s je pro běžné TPU prakticky strop, často je nutné jít až na 20 až 40 mm/s, aby extruder stíhal protlačit materiál bez zacuknutí. Verze s označením HF (High Flow) tisknou až dvojnásobnou rychlostí díky upravené reologii.
Retrakce, tedy stažení filamentu při přejezdu trysky, by měla být u TPU nastavena na minimum. Vysoké retrakce způsobují, že se měkký filament v extruderu mačká a tvoří klíčky. Doporučená hodnota je 0.5 až 2 mm s nízkou rychlostí 20 až 30 mm/s. Chlazení by mělo být zapnuté na 30 až 80 procent podle typu modelu. Plně otevřený ventilátor pomáhá u malých detailů, ale snižuje pevnost mezi vrstvami. Layer height 0.2 mm je rozumný výchozí bod, tenčí vrstvy zlepšují detail za cenu výrazně delší doby tisku.
- Tryska: 220 až 240°C (HF varianty zvládají vyšší flow)
- Podložka: 35 až 50°C, PEI nebo textura jako adhezní povrch
- Rychlost: 20 až 40 mm/s pro standardní TPU, až 80 mm/s pro HF
- Retrakce: 0.5 až 2 mm, rychlost stažení 20 až 30 mm/s
- Chlazení: 30 až 80 procent dle modelu
Direct Drive vs Bowden: proč na typu extruderu záleží
Konstrukce extruderu hraje u ohebných materiálů zásadní roli. Direct Drive systém umisťuje motor podávající filament přímo nad trysku, takže filament urazí jen několik centimetrů z podavače do horké zóny. Bowden systém naopak vede filament dlouhým PTFE tubingem od motoru, který sedí na rámu tiskárny, až k tiskové hlavě. Vzdálenost může být i 30 až 50 cm.
U tuhých filamentů jako PLA tento rozdíl prakticky nehraje roli. Ohebné filamenty se ale v dlouhém tubu jako spaghetti deformují, místo aby se protlačily dál. Měkčí varianty (85A a měkčí) jsou na Bowdenu prakticky nepoužitelné, protože se v tubu stlačí jako pružina a extruder místo posunu jen mačká filament na jednom místě. Standardní TPU 95A na Bowdenu funguje, ale vyžaduje výrazně pomalejší rychlosti, kratší a opatrnější retrakce a často i kratší PTFE tubing.
Bambu Lab X1C, P1S, P1P i H2D používají Direct Drive extrudery, díky čemuž zvládají ohebné materiály bez větších obtíží. Prusa MK4 a Core One mají rovněž Direct Drive Nextruder. Pokud má tiskárna Bowden (typicky starší Ender 3, některé Anycubic modely), je vhodné zvážit upgrade na Direct Drive nebo se omezit pouze na tužší 98A a tvrdší TPU varianty. Komunita reportuje, že kombinace měkkého TPE a Bowden setupu vede k frustrujícím zaseknutím v 90 procentech případů.
Hygroskopičnost: proč musí být TPU suché
TPU je silně hygroskopický materiál, což znamená, že snadno absorbuje vlhkost ze vzduchu. Cívka ponechaná otevřená na vzduchu po dobu několika dní v běžné kanceláři pojme významné množství vody, která pak ovlivňuje tiskové výsledky. Vlhký TPU během tisku praská v trysce, generuje páru a způsobuje silné stringování i poréznost povrchu. V extrémním případě může vlhkost vést k bublání plastu při výstupu z trysky, což se projeví jako jemné praskání slyšitelné během tisku.
Skladování by mělo probíhat v utěsněné nádobě nebo vakuovém sáčku s pohlcovačem vlhkosti (silikagel). Pro aktivní použití je vhodný sušicí box, který udržuje filament v prostředí pod 15 procent relativní vlhkosti. Pokud je filament už vlhký, je potřeba ho aktivně vysušit. Bambu Lab doporučuje sušení TPU 95A při 65°C po dobu 8 hodin, Prusa Research uvádí podobné parametry. Specializované sušičky jako Sunlu FilaDryer, Polymaker PolyDryer nebo SOVOL SH01 umožňují sušit přímo během tisku.
Praxe ukazuje, že u TPU se vyplatí kupovat menší cívky (250 nebo 500 gramů) a spotřebovat je do několika týdnů od otevření. Kilogramová cívka, která se používá nárazově po několik měsíců, ztratí kvalitu dlouho před spotřebováním. Investice do dehydratoru se vrátí už po několika zachráněných cívkách, navíc lze sušit i další hygroskopické materiály jako PETG, ASA nebo Nylon.
Časté problémy a jejich řešení
Při tisku ohebných materiálů se objevují specifické chyby, které u rigidních filamentů neexistují. Stringování (tvorba pavučin mezi výtisky) bývá nejčastější potíž. Hlavními viníky jsou vlhký filament, příliš vysoká teplota trysky nebo nesprávně nastavená retrakce. Řešením je systematicky vyloučit každou příčinu: nejprve vysušit filament, pak snížit teplotu o 5 až 10°C, nakonec doladit retrakci.
Zaseknutí filamentu v extruderu se projevuje tím, že tisk najednou přestane vytlačovat materiál, ale extruder se dál snaží podávat. U Direct Drive setupů je téměř vždy příčinou příliš vysoká rychlost tisku nebo agresivní retrakce. U Bowden systémů jde nejčastěji o nesoulad mezi měkkostí materiálu a délkou tubingu. Špatná adheze první vrstvy se řeší zvýšením teploty podložky o 5°C, lehkým očištěním PEI plátu izopropylalkoholem a kontrolou Z-offsetu.
Špatný povrch a viditelné nedotisky často signalizují nedostatečné chlazení nebo příliš nízkou teplotu trysky. U TPU paradoxně pomáhá zpomalit tisk: snížení rychlosti z 40 na 25 mm/s často vyřeší problémy s konzistencí extruze. Pokud výtisk vyjde příliš měkký nebo příliš tuhý oproti očekávání, pravděpodobně neodpovídá zvolená Shore tvrdost dané aplikaci. V takovém případě je řešením přechod na jinou variantu materiálu, ne další ladění tiskových parametrů.
- Stringování: vysušit filament, snížit teplotu, doladit retrakci
- Zaseknutí extruderu: zpomalit tisk, snížit retrakci, zkrátit Bowden
- Špatná adheze: zvýšit teplotu podložky, očistit PEI, zkontrolovat Z-offset
- Nedotisky a vady povrchu: zpomalit, zkontrolovat teplotu trysky
- Nesedící tvrdost výtisku: zvolit jinou Shore variantu materiálu
Porovnání hlavních značek TPU na trhu
Trh s TPU filamenty se za poslední roky rozšířil o desítky značek a stovky variant. Pro hobby uživatele je užitečné znát hlavní hráče a jejich profilaci. Bambu Lab TPU 95A a 95A HF nabízí výbornou kompatibilitu s Bambu Lab tiskárnami díky předpřipraveným profilům v Bambu Studio a AMS systému. HF varianta umožňuje výrazně vyšší tiskové rychlosti, což ji dělá zajímavou pro produktivní použití.
Prusament TPU 95A od Prusa Research vznikl po dlouhém vývoji a klade důraz na konzistenci průměru filamentu (klíčový faktor pro stabilní extruzi ohebných materiálů). Polymaker PolyFlex TPU95 je další zavedená volba s dobrým poměrem ceny a kvality, dostupná v širokém spektru barev. Fillamentum FlexFill TPU pochází z české produkce a nabízí specializované varianty (98A, 92A, 85A) pro různé úrovně flexibility. NinjaTek (Cheetah, NinjaFlex) je tradiční americká značka prémiových flexibilních materiálů, často používaná v profesionálním sektoru.
Pro začátečníky je rozumný start s TPU 95A od značky, která je doporučená pro konkrétní tiskárnu. Vlastník Bambu Lab X1C nebo H2D jednoznačně získá nejhladší zkušenost s Bambu Lab TPU 95A HF. Majitel Prusa MK4 ocení Prusament TPU 95A, který má Prusa Research přímo v profilech sliceru. Až po prvních úspěšných tiscích má smysl experimentovat s měkčími variantami nebo specializovanými značkami pro konkrétní aplikace.
TPU a Flex filamenty otevírají kategorii aplikací nedostupných pro běžné PLA, PETG nebo ABS. Klíčem k úspěšnému tisku je pochopit, že ohebné materiály vyžadují jiný přístup: Direct Drive extruder, nízkou rychlost, minimální retrakce a striktní kontrolu vlhkosti filamentu. Pro start je nejrozumnější volbou TPU 95A od značky doporučené pro vlastní tiskárnu, ideálně s předpřipraveným profilem ve sliceru. Měkčí varianty (85A a níže) je vhodné nasadit až po zvládnutí základů. Investice do sušičky filamentu se u hygroskopického TPU vrátí během několika cívek a výrazně zvedne konzistenci výsledků.
O Printara3D
V Printara3D tiskneme funkční pomůcky a prototypy pro Z-AGENCY (teambuilding a event programy) a TerraHunt (herní platforma pro outdoor zážitky). Provoz na 2× Bambu Lab tiskárnách X1C a H2S. Sledujte i podcast 3D Printing Made Easy.
