Ettevõtted kogu maailmas on viimasel ajal pöördunud 3D-printimise poole, et luua kiiresti tehnilisi osi ja samas säästa veidi raha. Kuid detailide 3D-versioonide väljatöötamine hõlmab uute materjalide kasutamist, mis ei pruugi olla nii vastupidavad. Kas 3D-printitud detailid on siis tugevad?

3D-trükitud osad on väga tugevad, eriti kui kasutatakse spetsiaalset filamenti, nagu PEEK või polükarbonaat, mida kasutatakse kuulikindla klaasi ja mässukilpide valmistamiseks. Tugevuse suurendamiseks saab reguleerida täidise tihedust, seina paksust ja printimise orientatsiooni.

3D-osa tugevus sõltub paljuski sellest, milline on selle tugevus. Seega vaatame üle, milliseid materjale kasutatakse 3D-printimise käigus, kui tugevad need tegelikult on ja mida saate teha, et suurendada oma 3D-printitud detailide tugevust.

Kas 3D-printitud osad on nõrgemad ja haprad?

Ei, 3D-prinditud detailid ei ole nõrgemad ja haprad, kui te ei 3D-prindi neid seadistustega, mis ei anna tugevust. 3D-prindi loomine madala täitematerjaliga, nõrgema materjaliga, õhukese seinapaksusega ja madala printimistemperatuuriga viib tõenäoliselt nõrga ja hapra 3D-prindi valmimiseni.

Kuidas muuta 3D-trükitud osad tugevamaks?

Enamik 3D-printimise materjale on iseenesest üsna vastupidavad, kuid on mõned asjad, mida saab teha nende üldise tugevuse suurendamiseks. See puudutab enamasti väiksemaid detaile disainiprotsessis.

Kõige olulisem oleks manipuleerida täitematerjaliga, seinte paksusega ja seinte arvuga. Vaatleme siis, kuidas iga neist teguritest võib mõjutada 3D-prinditud konstruktsiooni tugevust.

Suurendada täitumise tihedust

Täitematerjal on see, mida kasutatakse 3D-prinditud detaili seinte täitmiseks. See on sisuliselt muster seina sees, mis lisab detaili üldist tihedust. Ilma täitematerjalita oleksid 3D-osa seinad täiesti õõnsad ja üsna nõrgad välisjõudude suhtes.

Täitematerjal on suurepärane võimalus suurendada 3D-osa kaalu, parandades samal ajal ka osa tugevust.

3D-trükitud detaili tugevuse parandamiseks saab kasutada palju erinevaid täitemustreid, sealhulgas ruudustiku või mesilase täitematerjali. Kuid tugevus sõltub sellest, kui palju täitematerjali on.

Tavaliste 3D-osade puhul on kuni 25% tõenäoliselt rohkem kui piisav. Osade puhul, mis on mõeldud kaalu ja löögi talumiseks, on alati parem 100%-le lähemal.

Seinte arvu suurendamine

Mõelge 3D-trükitud detaili seintele kui maja tugipalkidele. Kui majal on ainult neli välisseina ja puuduvad tugipalgid või siseseinad, võib maja ükskõik millise raskuse all kokku variseda või järele anda.

Samamoodi on 3D-trükitud detaili tugevus olemas ainult seal, kus on seinad, mis toetavad kaalu ja lööki. Just seepärast võib 3D-trükitud detaili sees olevate seinte arvu suurendamine suurendada konstruktsiooni tugevust.

See on eriti kasulik strateegia, kui tegemist on suuremate 3D-printitud detailidega, millel on suurem pindala.

Seina paksuse suurendamine

3D-trükitud detailis kasutatud seinte tegelik paksus määrab, kui suurt lööki ja kaalu suudab detail taluda. Enamasti tähendavad paksemad seinad üldiselt vastupidavamat ja tugevamat detaili.

Kuid tundub, et on olemas punkt, kus 3D-printitud detailide printimine on keeruline, kui seinad on liiga paksud.

Parim osa seina paksuse reguleerimisel on see, et paksus võib varieeruda vastavalt detaili pindalale. See tähendab, et välismaailm ei saa tõenäoliselt teada, et olete seinu paksendanud, kui nad ei lõika teie detaili pooleks, et seda tükeldada.

Üldiselt on väga õhukesed seinad üsna nõrgad ja ei suuda ilma kokku kukkumata kanda mingit väliskaalu.

Üldiselt on vähemalt 1,2 mm paksused seinad enamiku materjalide puhul vastupidavad ja tugevad, kuid suurema tugevuse saavutamiseks soovitan minna 2 mm+.

3D osade loomiseks kasutatavate materjalide tugevus

3D-trükitud detailid võivad olla ainult nii tugevad kui materjal, millest nad on valmistatud. See tähendab, et mõned materjalid on palju tugevamad ja vastupidavamad kui teised. Just seetõttu on 3D-trükitud detailide tugevus väga erinev.

Kolm levinumat materjali, mida kasutatakse 3D-osade loomiseks, on PLA, ABS ja PETG. Arutleme, mis on igaühel neist materjalidest, kuidas neid saab kasutada ja kui tugevad nad tegelikult on.

PLA (Polümetüülhape)

PLA, mida tuntakse ka kui Polüdemakshapet, on ehk kõige populaarsem materjal, mida 3D-printimisel kasutatakse. See ei ole mitte ainult üsna kuluefektiivne, vaid seda on ka väga lihtne kasutada detailide printimiseks.

Seepärast kasutatakse seda sageli plastmahutite, meditsiiniliste implantaatide ja pakkematerjalide printimiseks. Enamasti on PLA kõige tugevam materjal, mida 3D-printimisel kasutatakse.

Kuigi PLA-l on muljetavaldav tõmbetugevus umbes 7250 psi, kipub see materjal eriliste asjaolude korral olema veidi rabe. See tähendab, et see puruneb või puruneb veidi suurema tõenäosusega, kui see satub tugeva löögi alla.

Samuti on oluline märkida, et PLA sulamistemperatuur on suhteliselt madal. Kõrge temperatuuriga kokkupuutel nõrgeneb PLA vastupidavus ja tugevus oluliselt.

ABS (akrüülnitriil-butadieen-stüreen)

ABS, tuntud ka kui akrüülnitriilbutadieenstüreen, ei ole päris nii tugev kui PLA, kuid see ei tähenda sugugi, et see on nõrk 3D-printimise materjal. Tegelikult on see materjal palju paremini võimeline vastu pidama tugevatele löökidele, sageli paindub ja paindub, mitte ei purune täielikult.

Seda kõike tänu tõmbetugevusele, mis on umbes 4700 PSI. Arvestades kerget konstruktsiooni, kuid muljetavaldavat vastupidavust, on ABS üks parimaid 3D-printimise materjale.

Seetõttu kasutatakse ABS-i peaaegu igasuguste toodete valmistamiseks maailmas. See on üsna populaarne materjal, kui tegemist on laste mänguasjade, näiteks Legode, arvutite osade ja isegi torude segmentide trükkimisega.

ABS-i uskumatult kõrge sulamistemperatuur võimaldab taluda peaaegu igasugust kuumust.

PETG (polüetüleentereftalaat glükooliga modifitseeritud)

PETG, tuntud ka kui polüetüleentereftalaat, kasutatakse tavaliselt keerukamate disainilahenduste ja objektide väljatöötamiseks, kui tegemist on 3D-printimisega. Seda seetõttu, et PETG kipub olema palju tihedam, vastupidavam ja jäigem kui mõned teised 3D-printimise materjalid.

Just sel põhjusel kasutatakse PETG-d paljude toodete, näiteks toidupakendite ja siltide valmistamiseks.

Miks üldse kasutada 3D-trükkimist?

Kui 3D-trükitud osad ei oleks üldse tugevad, siis ei kasutataks neid paljude tarvikute ja materjalide alternatiivse tootmismeetodina.

Kuid kas nad on sama tugevad kui sellised metallid nagu teras ja alumiinium? Kindlasti mitte!

Siiski on need üsna kasulikud, kui on vaja uusi tükke disainida, neid odavamalt printida ja saada neist hea hulk kestvat kasutust. Nad sobivad hästi ka väikeste detailide jaoks ja on oma suuruse ja paksuse juures üldiselt korraliku tõmbetugevusega.

Veelgi parem on see, et neid 3D-trükitud osi saab manipuleerida, et suurendada nende tugevust ja üldist vastupidavust.

Kokkuvõte

3D-trükitud osad on kindlasti piisavalt tugevad, et valmistada tavalisi plastist esemeid, mis peavad vastu suurele löögile ja isegi kuumusele. Enamasti kipub ABS olema palju vastupidavam, kuigi selle tõmbetugevus on palju väiksem kui PLA-l.

Kuid tuleb arvestada ka sellega, mida tehakse selleks, et muuta need trükitud osad veelgi tugevamaks. Kui suurendate täidise tihedust, suurendate seinte arvu ja parandate seinte paksust, suurendate 3D-trükitud detaili tugevust ja vastupidavust.