Jak si vybrat materiál na 3D tištěný díl pro teplo a mechanické namáhání
Teplotní odolnost PETG 68 °C, ASA 93 °C a PC Blend 113 °C je HDT při nízkém zatížení a pod zátěží klesá. Postup výběru materiálu a tabulka teplo × zátěž.
Materiál vybírejte podle nejvyšší teploty včetně špiček, druhu a trvání zátěže a prostředí. Teplotní odolnost od výrobce (PETG 68 °C, ASA 93 °C, PC Blend 113 °C) je teplota průhybu za tepla změřená při nízkém zatížení. Slouží k porovnání materiálů, ne jako bezpečná trvalá teplota pod zátěží, protože plasty při stálém zatížení pomalu tečou.
Takhle navrhujeme materiál při 3D tisku na zakázku. Tento text je metodika výběru pro teplo a zátěž. Materiály na koncové díly jsou přehled podle typu zátěže a základní porovnání popisuje jednotlivé filamenty. Čísla níže jsou údaje výrobce Prusa Polymers pro jeho značkové filamenty Prusament, jiné značky se mohou lišit.
Co znamená údaj o teplotní odolnosti PETG, ASA a PLA
V katalozích se zaměňují tři různé věci:
- Teplota skelného přechodu (Tg). U amorfních plastů, jako jsou PLA a PETG, jde o přechod z tvrdého do měkkého stavu, ne o tavení (Polymer Science Learning Center). V nezávislé studii vyšlo PLA 69 °C a PETG 73,5 °C (Martins 2024).
- HDT (teplota průhybu za tepla, ISO 75). Tyčinka se pod stanoveným zatížením ohřívá rychlostí 120 °C za hodinu a HDT je teplota, při které se prohne o 0,20 %. Výrobce zkušebních strojů ji označuje za srovnávací hodnotu, ne za maximální provozní teplotu hotového výrobku (ZwickRoell).
- Vicat (ISO 306). Teplota, při které do vzorku vnikne jehla do hloubky 1 mm (Formlabs).
Prusa u těchto materiálů na webu zkratku HDT nepoužívá, ale její čísla 55, 68, 93 a 113 °C odpovídají HDT při 0,45 MPa z technických listů. Je to náš výklad shody čísel. U PA11 CF je to 192 °C a web uvádí až 190 °C v závislosti na zatížení. U PLA a PETG leží HDT pod teplotou skelného přechodu (55 oproti 69 °C, 68 oproti 73,5 °C), takže limit dílu je nižší než teplota, při které plast změkne.
Proč 68 °C neznamená bezpečně pod zátěží
Prusa zkouší HDT při dvou zatíženích, 0,45 a 1,80 MPa. U PLA a PETG jsou hodnoty stejné, u ostatních při vyšším zatížení klesají:
| Materiál | HDT při 0,45 MPa | HDT při 1,80 MPa | Rozdíl |
|---|---|---|---|
| PLA | 55 °C | 55 °C | 0 |
| PETG | 68 °C | 68 °C | 0 |
| ASA | 93 °C | 86 °C | -7 °C |
| PC Blend | 113 °C | 93 °C | -20 °C |
| PA11 CF (nylon s uhlíkem) | 192 °C | 152 °C | -40 °C |
Zdroje: technické listy (PLA, PETG, ASA, PC Blend, PA11 CF), vzorky tištěné na tiskárnách Prusa se 100% výplní. Rozdíly jsme dopočítali.
PC Blend má při vyšším zatížení jen o 7 °C víc než ASA. Neplněný nylon je na tom ještě hůř: u neplněného PA11 granulátu Rilsan FMNO (není to filament, jen ilustrace) je HDT 129 °C při 0,45 MPa a 42 °C při 1,8 MPa (Arkema). „Nylon snese 190 °C“ proto platí jen pro typy plněné uhlíkem a přesný typ nylonu vždy dohodneme.
Norma ASTM D648, americká obdoba ISO 75, výslovně uvádí, že tyto údaje nejsou určeny k dimenzování ani k odhadu výdrže při zvýšené teplotě (ASTM).
Tečení a únava: díl povolí i pod limitem
Plast pod stálou zátěží pomalu teče, i když teplota limit nedosáhla. V recenzované studii (materiály Ultimaker, teploty 25, 40 a 60 °C, napětí 10 a 20 MPa, tři hodiny) působila zátěž silněji než teplota a nejhůř dopadlo PLA. ABS se při 60 °C a 20 MPa přetrhlo přibližně za tři minuty, polykarbonát vydržel všechny kombinace (Dogan 2022). Vzorky byly obrobené, test krátký a bez PETG a ASA, proto ho bereme jako směr, ne jako tabulku limitů.
U opakovaného zatížení je to přísnější. Po milionu cyklů byla mez únavy ASA 25 %, nylonu 12 17 % a polykarbonátu jen 7 % statické pevnosti (průmyslový stroj Stratasys, Martins 2026). Čísla patří jinému stroji a jiným materiálům, ale ukazují, že při cyklickém zatížení nelze dimenzovat podle pevnosti v tahu z katalogu.
Postup výběru v pěti krocích
Pokud by selhání dílu mohlo ohrozit život, zdraví nebo majetek, nejde o běžný výběr materiálu, ale o zvláštní písemnou dohodu (obchodní podmínky). U ostatních dílů postupujeme takto:
- Nejvyšší teplota včetně špiček a její trvání. Sečtěte okolí, vlastní zahřívání (zdroj, motor) a slunce. Kabina auta na přímém slunci bez větrání může překročit 70 °C (Grundstein 2010, měření z USA), takže PETG se 68 °C nestačí. Porovnejte ji s HDT při odpovídajícím zatížení. Bezpečnostní rezervu pro HDT jsme v normě nenašli, proto s ní počítáme po svém a u důležitého dílu zkoušíme vzorek.
- Druh a trvání zátěže. Ráz, stálá, opakovaná, tlak, ohyb nebo smyk a směr síly vůči vrstvám. U stálé zátěže pomáhá silnější průřez a nižší napětí.
- Prostředí. UV, vlhkost, oleje, rozpouštědla, čisticí prostředky, horké povrchy a tření, které díl zahřívá.
- Materiál podle tabulky níže.
- Konstrukce. Orientace, obvodové stěny, vložky a tloušťka stěn, víc níže.
Tabulka: teplo a zátěž, materiál, důvod a riziko
Teplotní pásma jsou naše třídění podle uvedených údajů, ne zaručené limity.
| Teplo a zátěž | Materiál | Proč | Na co si dát pozor |
|---|---|---|---|
| Pod 55 °C, bez stálé zátěže (makety, pohledové kryty) | PLA | HDT 55 °C, tuhé, levné | Nejhorší tečení ve studii, křehké, venku ne |
| Pokojová teplota, rázy, občasná zátěž (kryty, přípravky) | PETG | HDT 68 °C, při rázové zkoušce se nepřelomil | Slabá soudržnost vrstev, stálá zátěž blízko 68 °C jen po zkoušce |
| Stálá zátěž při pokojové teplotě (předepjatý šroub, závěs) | PETG se silnějším průřezem a vložkou, při vyšším napětí PC Blend | Zátěž ovlivňuje tečení víc než teplota, PC Blend má podle výrobce dobrou odolnost proti tečení, polykarbonát ve studii vydržel nejlépe | PLA nevhodné, nylon rizikový (v nezávislém testu CNC Kitchen se šroub v PA6-CF dotahoval téměř denně) |
| Špičky nad 70 °C, střední zátěž (okolí zdroje, auto za sklem, exteriér) | ASA | HDT 93 a 86 °C, UV stabilní | Hygroskopická, rozpouští se v acetonu, soudržnost vrstev 11 MPa |
| Teplo, při kterém ASA už nestačí, stálá zátěž (strojní díly) | PC Blend (na požádání) | HDT 113 a 93 °C, nejpevnější spojení vrstev z neplněných (21 MPa) | Při vyšším zatížení jen 93 °C, blízko něj zkušební kus, náchylný ke kroucení, polykarbonát může pod napětím od některých kapalin praskat |
| Nad 100 °C se zátěží, oleje, chemie | PA11 CF (na požádání) | HDT 192 a 152 °C, výrobce uvádí odolnost proti motorovým olejům a rozpouštědlům | Kalená tryska, tažnost na mezi kluzu 2,6 až 3,3 % (PETG 5,1 %), vyšší cena |
| Otěr, kluz, ozubení | Nylon (typ určíme předem) | Pevný, otěruvzdorný | Vlhkost mění pevnost a tuhost, před tiskem se suší |
| Pružnost, tlumení, těsnění | TPU 95A | Protažení do přetržení 563 %, odolné proti olejům | Trvalá deformace v tlaku roste s teplotou (33,5 % při 23 °C, 70,4 % při 70 °C) |
Směr vrstev, obvodové stěny a výplň patří k výběru materiálu
FDM díl je nejslabší mezi vrstvami. Prusa uvádí mezivrstvou adhezi 11 MPa u ASA a 18 MPa u PETG, zatímco pevnost vzorku v rovině vrstvy je 42 a 47 MPa. Metodu měření technický list nepopisuje, proto jen orientačně: soudržnost mezi vrstvami je zhruba čtvrtina až polovina pevnosti v rovině. Při tahu proto orientujeme vrstvy rovnoběžně se silou a kolíky pokládáme naležato (Hubs).
Pevnost určuje hlavně počet obvodových stěn, výplň pomáhá zejména při tlaku (Prusa Knowledge Base). V testu s PETG a 20% výplní vzrostla maximální tahová síla z 559 N u jedné stěny na 739, 913, 1071 a 1207 N u dvou až pěti (Menargues 2025). Pomohla i výplň: u dvou stěn rostla zatížitelnost PETG s výplní z 20 na 80 % téměř lineárně, celkem o 813 N. Šroub raději upevníme do závitové vložky než přímo do plastu, parametry tisku jsou na stránce FDM tisku.
Žíhání, vlhkost a chemie: co teplotní odolnost mění
Žíhání v troubě vypadá jako levné řešení pro PLA a PETG. V testu Prusy dopadlo žíhání nejlépe u PLA s 90 °C a PETG s 110 °C, jenže u skutečného krytu extruderu označila žíhané PLA i PETG za nepoužitelné pro složité přesné tvary a ASA s ABS za nevhodné k žíhání (Prusa). Ve studii zvýšilo žíhání pevnost PLA o 6 % a PETG o 8 %, ale PETG při nevhodných parametrech změnil délku přibližně o desetinu a autoři pro pevnost doporučují raději menší výšku vrstvy (Stojković 2023). Na teplo proto volíme jiný materiál.
Nylon nasává vodu a typ rozhoduje: v nezávislém, nerecenzovaném testu si PA6 s uhlíkem po navlhčení udržel 56 % pevnosti a přibližně třetinu tuhosti, PA12 s uhlíkem ztratil kolem 15 % pevnosti (CNC Kitchen). Jsou to jiné nylony než PA11 od Prusy, číslo je tedy jen upozornění. U olejů a čisticích prostředků výběr potvrdíme zkouškou na vzorku.
Jak to řešíme u zakázky
U 3D tisku na zakázku se před návrhem materiálu ptáme na pět věcí: nejvyšší teplotu včetně špiček, odkud působí síla a zda je stálá, opakovaná, nebo rázová, prostředí, počet kusů a zda jde o nosný díl. Podle odpovědí navrhneme materiál, orientaci, obvodové stěny a vložky. PC Blend a plněné materiály tiskneme na požádání.
U důležitého dílu doporučujeme zkušební kus v reálných podmínkách dřív, než se spustí malosériová výroba nebo náhradní díly půjdou do provozu. Kontrola tisknutelnosti je zdarma, nabídku posíláme do 24 hodin, sazby jsou v ceníku. Napište nám, co má díl zvládnout.
Časté dotazy
- Je teplotní odolnost 68 °C u PETG bezpečná trvalá teplota pro namáhaný díl?
- Ne. Údaj 68 °C je teplota průhybu za tepla (HDT) podle normy ISO 75, změřená na malé tyčince v krátkodobé zkoušce, a slouží k porovnání materiálů. Podobná norma ASTM D648 výslovně uvádí, že takové údaje nejsou určeny k dimenzování ani k odhadu výdrže při zvýšené teplotě. Při stálém zatížení proto počítáme s rezervou a u důležitých dílů děláme zkušební kus.
- Jaký je rozdíl mezi teplotou skelného přechodu, HDT a Vicat?
- Teplota skelného přechodu (Tg) je teplota, při které amorfní plast přechází z tvrdého do měkkého stavu. HDT je teplota, při které se zkušební tyčinka pod stanoveným ohybovým zatížením prohne o stanovenou hodnotu, a Vicat je teplota, při které do vzorku vnikne jehla do hloubky 1 mm. Jde o tři různé zkoušky: PETG má v nezávislém měření Tg kolem 73,5 °C, ale HDT 68 °C.
- Který materiál zvládne teplo i mechanické namáhání?
- Z běžně tištěných materiálů má nejvyšší teplotní odolnost PC Blend (113 °C při nízkém zatížení, 93 °C při vyšším), potom ASA (93 a 86 °C) a PETG (68 °C). Nad 100 °C pod zátěží přichází v úvahu nylon plněný uhlíkovými vlákny PA11 CF (192 a 152 °C), který tiskneme na požádání. Neplněný nylon takových hodnot nedosahuje.
- Proč se díl pod stálou zátěží časem deformuje, i když teplota uvedený limit nedosáhla?
- Plasty se pod stálým zatížením pomalu přetvářejí, čemuž se říká tečení. V recenzované studii působila zátěž silněji než teplota, PLA teklo nejhůř a ABS se při 60 °C a 20 MPa přetrhlo přibližně za tři minuty, zatímco polykarbonát vydržel. Na stálou zátěž proto volíme silnější průřez, nižší napětí a orientaci, při které síla jde podél vrstev.
- Pomůže žíhání, aby PLA nebo PETG snesly víc tepla?
- Žíhání může mírně zvýšit pevnost PLA a PETG, ale díl se smrští a zkroutí. Prusa při svém testu označila žíhané složité díly z PLA i PETG za nepoužitelné a ASA či ABS se žíhat nedoporučuje. U dílů s přesnými rozměry je proto spolehlivější zvolit jiný materiál než žíhat.
- Mění vlhkost vlastnosti nylonu?
- Ano. Nylon pohlcuje vodu ze vzduchu, což snižuje pevnost a tuhost a zvyšuje houževnatost. V nezávislém testu si nylon PA6 s uhlíkovými vlákny po navlhčení udržel 56 % pevnosti a přibližně třetinu tuhosti, zatímco PA12 ztratil asi 15 % pevnosti. Typ nylonu proto rozhoduje o tom, zda je vhodný do vlhkého prostředí.
Článek připravila redakce 3D tlač na zákazku s využitím nástrojů umělé inteligence. Každý text prochází odbornou a redakční kontrolou, uvedené údaje ověřujeme vůči zdrojům uvedeným v článku a za publikovaný obsah neseme redakční odpovědnost. Pokud najdete nepřesnost, napište nám.