Yritykset ympäri maailmaa ovat viime aikoina turvautuneet 3D-tulostukseen luodakseen teknisiä osia nopeasti ja säästääkseen samalla rahaa. 3D-versioiden kehittäminen edellyttää kuitenkin uusien materiaalien käyttöä, jotka eivät välttämättä ole yhtä kestäviä. Ovatko 3D-tulostetut osat siis vahvoja?

3D-tulostetut osat ovat erittäin vahvoja, etenkin kun käytetään erikoisfilamenttia, kuten PEEK:tä tai polykarbonaattia, jota käytetään luodinkestävässä lasissa ja mellakkasuojissa. Täytteen tiheyttä, seinämän paksuutta ja tulostussuuntaa voidaan säätää lujuuden lisäämiseksi.

3D-osan lujuuteen vaikuttaa paljon. Käymme siis läpi 3D-tulostuksessa käytettävät materiaalit, niiden todellisen lujuuden ja sen, miten voit lisätä 3D-tulostettujen osien lujuutta.

Ovatko 3D-tulostetut osat heikompia & hauraita?

Ei, 3D-tulostetut osat eivät ole heikompia ja hauraampia, ellet 3D-tulosta niitä asetuksilla, jotka eivät anna lujuutta. 3D-tulostuksen luominen pienellä täytöllä, heikommalla materiaalilla, ohuella seinämäpaksuudella ja matalalla tulostuslämpötilalla johtaa todennäköisesti 3D-tulosteeseen, joka on heikko ja hauras.

Miten 3D-tulostetuista osista tehdään vahvempia?

Useimmat 3D-tulostusmateriaalit ovat melko kestäviä jo itsessään, mutta niiden yleistä lujuutta voidaan lisätä joillakin toimenpiteillä. Tämä liittyy lähinnä suunnitteluprosessin pieniin yksityiskohtiin.

Tärkeintä olisi manipuloida täytettä, seinien paksuutta ja seinien lukumäärää. Katsotaanpa siis, miten kukin näistä tekijöistä voi vaikuttaa 3D-tulostetun rakenteen lujuuteen.

Täydennysrakentamisen tiheyden lisääminen

Täyteaineella täytetään 3D-tulostetun osan seinät. Se on lähinnä seinän sisällä oleva kuvio, joka lisää kappaleen tiheyttä. Ilman täyteainetta 3D-osan seinät olisivat täysin onttoja ja melko heikkoja ulkoisille voimille.

Täyttö on erinomainen tapa lisätä 3D-osan painoa ja parantaa samalla osan lujuutta.

3D-tulostetun kappaleen lujuuden parantamiseksi voidaan käyttää monia erilaisia täytekuvioita, kuten ruudukkotäytettä tai hunajakennotäytettä, mutta lujuus riippuu siitä, kuinka paljon täytettä on.

Tavallisissa 3D-osissa 25 % on todennäköisesti enemmän kuin tarpeeksi, mutta painoa ja iskuja kestämään suunnitelluissa osissa 100 % on aina parempi.

Seinien lukumäärän lisääminen

Ajattele 3D-tulostetun osan seiniä talon tukipalkkeina. Jos talossa on vain neljä ulkoseinää eikä tukipalkkeja tai sisäseiniä, mikä tahansa asia voi aiheuttaa talon romahtamisen tai pettämisen minkä tahansa painon alla.

Samalla tavalla 3D-tulostetun kappaleen lujuus on olemassa vain siellä, missä on seinämiä, jotka tukevat painoa ja iskuja. Juuri siksi 3D-tulostetun kappaleen sisällä olevien seinämien määrän lisääminen voi lisätä rakenteen lujuutta.

Tämä on erityisen hyödyllinen strategia, kun kyseessä ovat suuremmat 3D-tulostetut osat, joiden pinta-ala on suurempi.

Seinämän paksuuden lisääminen

3D-tulostetussa kappaleessa käytettyjen seinämien todellinen paksuus määrittää, kuinka paljon iskuja ja painoa kappale kestää. Useimmiten paksummat seinämät merkitsevät kokonaisuudessaan kestävämpää ja tukevampaa kappaletta.

Vaikuttaa kuitenkin siltä, että 3D-tulostettujen osien tulostaminen on jossain vaiheessa vaikeaa, kun seinämät ovat liian paksut.

Parasta seinämän paksuuden säätämisessä on se, että paksuus voi vaihdella kappaleen pinta-alan mukaan. Tämä tarkoittaa, että ulkopuoliset eivät luultavasti huomaa, että olet paksuuntanut seinämiä, elleivät he leikkaa kappalettasi kahtia ja leikkaa sitä.

Yleisesti ottaen erittäin ohuet seinät ovat melko hataria, eivätkä ne pysty kantamaan mitään ulkopainoa sortumatta.

Yleensä vähintään 1,2 mm paksut seinät ovat kestäviä ja vahvoja useimmille materiaaleille, mutta suosittelen vähintään 2 mm:n vahvuisia seiniä, jotta lujuus olisi parempi.

3D-osien luomisessa käytettävien materiaalien lujuus

3D-tulostetut osat voivat olla vain niin vahvoja kuin materiaali, josta ne on valmistettu. Tästä huolimatta jotkin materiaalit ovat paljon vahvempia ja kestävämpiä kuin toiset. Juuri siksi 3D-tulostettujen osien vahvuus vaihtelee niin paljon.

Kolme yleisintä 3D-osien valmistukseen käytettävää materiaalia ovat PLA, ABS ja PETG. Kerrotaanpa, mitä kukin näistä materiaaleista on, miten niitä voidaan käyttää ja kuinka vahvoja ne todella ovat.

PLA (polymaitohappo)

PLA, joka tunnetaan myös nimellä polymaitohappo, on ehkä suosituin 3D-tulostuksessa käytetty materiaali. Se on paitsi varsin kustannustehokas, myös erittäin helppo käyttää osien tulostamiseen.

Siksi sitä käytetään usein muovisäiliöiden, lääketieteellisten implanttien ja pakkausmateriaalien tulostamiseen. Useimmissa tapauksissa PLA on vahvin 3D-tulostuksessa käytettävä materiaali.

Vaikka PLA:n vetolujuus on vaikuttava, noin 7 250 psi, materiaalilla on taipumus olla hieman hauras erityisolosuhteissa, mikä tarkoittaa, että se rikkoutuu tai pirstoutuu hieman todennäköisemmin, kun se joutuu voimakkaan iskun kohteeksi.

On myös tärkeää huomata, että PLA:n sulamispiste on suhteellisen matala. Kun PLA altistuu korkeille lämpötiloille, sen kestävyys ja lujuus heikkenevät huomattavasti.

ABS (akryylinitriilibutadieenistyreeni)

ABS, joka tunnetaan myös nimellä akryylinitriilibutadieenistyreeni, ei ole aivan yhtä vahva kuin PLA, mutta se ei suinkaan tarkoita, että se olisi heikko 3D-tulostusmateriaali. Itse asiassa tämä materiaali kestää paljon paremmin kovia iskuja, sillä se taipuu ja taipuu usein pikemminkin kuin murtuu kokonaan.

Tämä kaikki on mahdollista noin 4 700 PSI:n vetolujuuden ansiosta. Koska ABS on kevytrakenteinen ja silti kestävä, se on yksi parhaista 3D-tulostusmateriaaleista.

Siksi ABS-materiaalia käytetään lähes kaikenlaisten tuotteiden valmistukseen maailmassa. Se on varsin suosittu materiaali, kun siitä tulostetaan lasten leluja, kuten Legoja, tietokoneen osia ja jopa putkistosegmenttejä.

ABS:n uskomattoman korkean sulamispisteen ansiosta se kestää myös lähes mitä tahansa lämpöä.

PETG (polyeteenitereftalaattiglykolimodifioitu)

PETG:tä, joka tunnetaan myös nimellä polyeteenitereftalaatti, käytetään yleensä monimutkaisempien mallien ja esineiden kehittämiseen 3D-tulostuksessa. Tämä johtuu siitä, että PETG:llä on taipumus olla paljon tiheämpi, kestävämpi ja jäykempi kuin jotkut muut 3D-tulostusmateriaalit.

Juuri tästä syystä PETG:tä käytetään monien tuotteiden, kuten elintarvikeastioiden ja opasteiden valmistukseen.

Miksi käyttää 3D-tulostusta ylipäätään?

Jos 3D-tulostetut osat eivät olisi lainkaan vahvoja, niitä ei käytettäisi vaihtoehtoisena tuotantomenetelmänä monille tarvikkeille ja materiaaleille.

Mutta ovatko ne yhtä vahvoja kuin metallit, kuten teräs ja alumiini? Ehdottomasti eivät!

Ne ovat kuitenkin varsin käyttökelpoisia, kun halutaan suunnitella uusia kappaleita, tulostaa ne edullisemmin ja saada niistä hyvä määrä kestävää käyttöä. Ne soveltuvat myös erinomaisesti pienille osille, ja niiden vetolujuus on yleisesti ottaen kunnollinen kokoonsa ja paksuuteensa nähden.

Vielä parempaa on se, että näitä 3D-tulostettuja osia voidaan muokata niiden lujuuden ja yleisen kestävyyden lisäämiseksi.

Päätelmä

3D-tulostetut osat ovat varmasti tarpeeksi vahvoja, jotta niistä voidaan valmistaa tavallisia muoviesineitä, jotka kestävät suuria iskuja ja jopa kuumuutta. ABS on yleensä paljon kestävämpää, vaikka sen vetolujuus on paljon pienempi kuin PLA:n.

Sinun on kuitenkin otettava huomioon myös se, mitä on tehty, jotta tulostetuista osista saadaan entistäkin vahvempia. Kun lisäät täytetiheyttä, kasvatat seinämien määrää ja parannat seinämän paksuutta, lisäät 3D-tulostetun kappaleen lujuutta ja kestävyyttä.