Οι εταιρείες σε όλο τον κόσμο έχουν στραφεί πρόσφατα στην τρισδιάστατη εκτύπωση για να δημιουργήσουν γρήγορα τεχνικά εξαρτήματα, εξοικονομώντας παράλληλα κάποια χρήματα. Όμως, η ανάπτυξη τρισδιάστατων εκδόσεων κομματιών συνεπάγεται τη χρήση νέων υλικών που μπορεί να μην είναι τόσο ανθεκτικά. Είναι λοιπόν τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα ανθεκτικά;

Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα είναι πολύ ισχυρά, ειδικά όταν χρησιμοποιείται εξειδικευμένο νήμα όπως PEEK ή πολυανθρακικό, το οποίο χρησιμοποιείται για αλεξίσφαιρο γυαλί και ασπίδες ταραχών. Η πυκνότητα πλήρωσης, το πάχος του τοιχώματος και ο προσανατολισμός της εκτύπωσης μπορούν να ρυθμιστούν για να αυξηθεί η αντοχή.

Υπάρχουν πολλά που επηρεάζουν την αντοχή ενός τρισδιάστατου εξαρτήματος. Έτσι, θα εξετάσουμε τα υλικά που χρησιμοποιούνται κατά την τρισδιάστατη εκτύπωση, πόσο ισχυρά είναι πραγματικά και τι μπορείτε να κάνετε για να αυξήσετε την αντοχή των τρισδιάστατων εκτυπωμένων εξαρτημάτων σας.

Είναι τα 3D εκτυπωμένα μέρη πιο αδύναμα & εύθραυστα; Εύθραυστα;

Όχι, τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα δεν είναι πιο αδύναμα και εύθραυστα, εκτός αν τα τρισδιάστατα εκτυπώνετε με ρυθμίσεις που δεν δίνουν αντοχή. Η δημιουργία μιας τρισδιάστατης εκτύπωσης με χαμηλό επίπεδο πλήρωσης, με ένα πιο αδύναμο υλικό, με λεπτό πάχος τοιχώματος και χαμηλή θερμοκρασία εκτύπωσης είναι πιθανό να οδηγήσει σε μια τρισδιάστατη εκτύπωση που είναι αδύναμη και εύθραυστη.

Πώς μπορείτε να κάνετε τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα πιο ισχυρά;

Τα περισσότερα υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι μάλλον ανθεκτικά από μόνα τους, αλλά υπάρχουν κάποια πράγματα που μπορούν να γίνουν για να αυξηθεί η συνολική αντοχή τους. Αυτό αφορά κυρίως τις μικρές λεπτομέρειες στη διαδικασία σχεδιασμού.

Το πιο σημαντικό θα πρέπει να είναι ο χειρισμός της πλήρωσης, του πάχους των τοιχωμάτων και του αριθμού των τοιχωμάτων. Ας ρίξουμε λοιπόν μια ματιά στο πώς καθένας από αυτούς τους παράγοντες μπορεί να επηρεάσει την αντοχή μιας τρισδιάστατα εκτυπωμένης δομής.

Αύξηση της πυκνότητας πλήρωσης

Η πλήρωση είναι αυτό που χρησιμοποιείται για να γεμίσει τα τοιχώματα ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου εξαρτήματος. Πρόκειται ουσιαστικά για το μοτίβο μέσα στο τοίχωμα που προσθέτει στην πυκνότητα του κομματιού συνολικά. Χωρίς καμία πλήρωση, τα τοιχώματα ενός τρισδιάστατου εξαρτήματος θα ήταν εντελώς κενά και μάλλον αδύναμα στις εξωτερικές δυνάμεις.

Η πλήρωση είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να αυξήσετε το βάρος ενός τρισδιάστατου εξαρτήματος, βελτιώνοντας ταυτόχρονα την αντοχή του εξαρτήματος.

Υπάρχουν πολλά διαφορετικά μοτίβα πλήρωσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της αντοχής ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου τεμαχίου, συμπεριλαμβανομένης της πλήρωσης με πλέγμα ή της πλήρωσης με κηρήθρα. Όμως, το πόσο ακριβώς υπάρχει η πλήρωση θα καθορίσει την αντοχή.

Για κανονικά τρισδιάστατα εξαρτήματα, έως και 25% είναι πιθανότατα περισσότερο από αρκετό. Για εξαρτήματα που έχουν σχεδιαστεί για να αντέχουν βάρος και κρούση, είναι πάντα καλύτερο να πλησιάζετε το 100%.

Αύξηση του αριθμού των τοίχων

Σκεφτείτε τα τοιχώματα ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου εξαρτήματος ως τις δοκούς στήριξης σε ένα σπίτι. Αν ένα σπίτι έχει μόνο τέσσερις εξωτερικούς τοίχους και δεν έχει δοκούς στήριξης ή εσωτερικούς τοίχους, σχεδόν οτιδήποτε μπορεί να προκαλέσει την κατάρρευση του σπιτιού ή να υποχωρήσει κάτω από οποιοδήποτε βάρος.

Με τον ίδιο τρόπο, η αντοχή ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου κομματιού θα υπάρχει μόνο εκεί όπου υπάρχουν τοιχώματα για να υποστηρίζουν το βάρος και την πρόσκρουση. Αυτός ακριβώς είναι ο λόγος για τον οποίο η αύξηση του αριθμού των τοιχωμάτων στο εσωτερικό ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου κομματιού μπορεί να αυξήσει την αντοχή της δομής.

Αυτή είναι μια ιδιαίτερα χρήσιμη στρατηγική όταν πρόκειται για μεγαλύτερα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα με μεγαλύτερη επιφάνεια.

Αύξηση πάχους τοιχώματος

Το πραγματικό πάχος των τοιχωμάτων που χρησιμοποιούνται σε ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο κομμάτι θα καθορίσει πόσο αντίκτυπο και βάρος μπορεί να αντέξει ένα εξάρτημα. Ως επί το πλείστον, τα παχύτερα τοιχώματα σημαίνουν ένα πιο ανθεκτικό και στιβαρό κομμάτι συνολικά.

Φαίνεται όμως ότι υπάρχει ένα σημείο στο οποίο είναι δύσκολο να εκτυπωθούν τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα όταν τα τοιχώματα είναι πολύ παχιά.

Το καλύτερο μέρος της ρύθμισης του πάχους των τοιχωμάτων είναι ότι το πάχος μπορεί να ποικίλει ανάλογα με την περιοχή του τεμαχίου. Αυτό σημαίνει ότι ο έξω κόσμος πιθανώς δεν θα καταλάβει ότι έχετε παχύνει τα τοιχώματα, εκτός αν κόψει το τεμάχιο σας στη μέση για να το τεμαχίσει.

Σε γενικές γραμμές, τα εξαιρετικά λεπτά τοιχώματα θα είναι αρκετά σαθρά και δεν θα μπορούν να υποστηρίξουν οποιοδήποτε εξωτερικό βάρος χωρίς να καταρρεύσουν.

Γενικά, οι τοίχοι με πάχος τουλάχιστον 1,2 mm είναι ανθεκτικοί και ισχυροί για τα περισσότερα υλικά, αλλά θα συνιστούσα να φτάσετε τα 2 mm+ για υψηλότερο επίπεδο αντοχής.

Η αντοχή των υλικών που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία τρισδιάστατων εξαρτημάτων

Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα μπορούν να είναι τόσο ισχυρά όσο και το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένα. Με αυτό το δεδομένο, ορισμένα υλικά είναι πολύ ισχυρότερα και ανθεκτικότερα από άλλα. Αυτός ακριβώς είναι ο λόγος για τον οποίο η αντοχή των τρισδιάστατα εκτυπωμένων εξαρτημάτων ποικίλλει τόσο πολύ.

Τρία από τα πιο συνηθισμένα υλικά που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία τρισδιάστατων εξαρτημάτων είναι το PLA, το ABS και το PETG. Ας συζητήσουμε λοιπόν τι είναι καθένα από αυτά τα υλικά, πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν και πόσο ισχυρά είναι πραγματικά.

PLA (Πολυγαλακτικό οξύ)

Το PLA, επίσης γνωστό ως πολυγαλακτικό οξύ, είναι ίσως το πιο δημοφιλές υλικό που χρησιμοποιείται στην τρισδιάστατη εκτύπωση. Όχι μόνο είναι αρκετά οικονομικό, αλλά είναι επίσης πολύ εύκολο στη χρήση για την εκτύπωση εξαρτημάτων.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιείται συχνά για την εκτύπωση πλαστικών δοχείων, ιατρικών εμφυτευμάτων και υλικών συσκευασίας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το PLA είναι το ισχυρότερο υλικό που χρησιμοποιείται στην τρισδιάστατη εκτύπωση.

Παρόλο που το PLA έχει εντυπωσιακή αντοχή σε εφελκυσμό περίπου 7.250 psi, το υλικό τείνει να είναι λίγο εύθραυστο σε ειδικές περιπτώσεις. Αυτό σημαίνει ότι είναι λίγο πιο πιθανό να σπάσει ή να θρυμματιστεί όταν βρεθεί κάτω από μια ισχυρή πρόσκρουση.

Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι το PLA έχει σχετικά χαμηλό σημείο τήξης. Όταν εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες, η ανθεκτικότητα και η αντοχή του PLA θα αποδυναμωθεί σημαντικά.

ABS (ακρυλονιτρίλιο βουταδιένιο στυρένιο)

Το ABS, επίσης γνωστό ως Acrylonitrile Butadiene Styrene, δεν είναι τόσο ισχυρό όσο το PLA, αλλά αυτό δεν σημαίνει καθόλου ότι πρόκειται για ένα αδύναμο υλικό τρισδιάστατης εκτύπωσης. Στην πραγματικότητα, αυτό το υλικό είναι πολύ πιο ικανό να αντέξει βαριά χτυπήματα, καθώς συχνά λυγίζει και κάμπτεται αντί να θρυμματίζεται εντελώς.

Όλα αυτά χάρη στην αντοχή σε εφελκυσμό περίπου 4.700 PSI. Δεδομένης της ελαφριάς κατασκευής αλλά και της εντυπωσιακής ανθεκτικότητας, το ABS είναι ένα από τα καλύτερα υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης που υπάρχουν.

Γι' αυτό το ABS χρησιμοποιείται για την κατασκευή σχεδόν κάθε είδους προϊόντος στον κόσμο. Είναι ένα αρκετά δημοφιλές υλικό όταν πρόκειται για την εκτύπωση παιδικών παιχνιδιών όπως τα Lego, εξαρτημάτων υπολογιστών, ακόμη και τμημάτων σωληνώσεων.

Το απίστευτα υψηλό σημείο τήξης του ABS το καθιστά επίσης ικανό να αντέξει σχεδόν κάθε ποσότητα θερμότητας.

PETG (πολυαιθυλενοτερεφθαλικό εστέρα τροποποιημένο με γλυκόλη)

Το PETG, επίσης γνωστό ως τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο, χρησιμοποιείται συνήθως για την ανάπτυξη πιο σύνθετων σχεδίων και αντικειμένων όσον αφορά την τρισδιάστατη εκτύπωση. Αυτό συμβαίνει επειδή το PETG τείνει να είναι πολύ πιο πυκνό, πιο ανθεκτικό και πιο άκαμπτο από ορισμένα άλλα υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης.

Γι' αυτόν ακριβώς το λόγο, το PETG χρησιμοποιείται για την κατασκευή πολλών προϊόντων, όπως δοχεία τροφίμων και σήμανση.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε την τρισδιάστατη εκτύπωση;

Αν τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα δεν ήταν καθόλου ισχυρά, τότε δεν θα χρησιμοποιούνταν ως εναλλακτική μέθοδος παραγωγής για πολλές προμήθειες και υλικά.

Αλλά, είναι τόσο ισχυρά όσο τα μέταλλα όπως ο χάλυβας και το αλουμίνιο; Σίγουρα όχι!

Ωστόσο, είναι αρκετά χρήσιμα όταν πρόκειται για το σχεδιασμό νέων κομματιών, την εκτύπωσή τους με χαμηλότερο κόστος και την αξιοποίησή τους με μεγάλη διάρκεια ζωής. Είναι επίσης ιδανικά για μικρά εξαρτήματα και έχουν γενικά αξιοπρεπή αντοχή σε εφελκυσμό δεδομένου του μεγέθους και του πάχους τους.

Το ακόμα καλύτερο είναι ότι αυτά τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα μπορούν να τροποποιηθούν για να αυξήσουν την αντοχή και τη συνολική τους ανθεκτικότητα.

Συμπέρασμα

Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα είναι σίγουρα αρκετά ισχυρά για να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή κοινών πλαστικών αντικειμένων που μπορούν να αντέξουν μεγάλες ποσότητες κρούσης και ακόμη και θερμότητας. Ως επί το πλείστον, το ABS τείνει να είναι πολύ πιο ανθεκτικό, αν και έχει πολύ χαμηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό από το PLA.

Όμως, πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη σας τι γίνεται για να γίνουν αυτά τα εκτυπωμένα εξαρτήματα ακόμη πιο ισχυρά. Όταν αυξάνετε την πυκνότητα πλήρωσης, αυξάνετε τον αριθμό των τοιχωμάτων και βελτιώνετε το πάχος των τοιχωμάτων, προσθέτετε στην αντοχή και την ανθεκτικότητα ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου τεμαχίου.