A vállalatok világszerte a közelmúltban a 3D nyomtatás felé fordultak, hogy műszaki alkatrészeket hozzanak létre gyorsan, miközben némi pénzt takarítanak meg. A darabok 3D-s változatainak kifejlesztése azonban új anyagok felhasználásával jár, amelyek nem biztos, hogy olyan tartósak. Szóval, erősek a 3D nyomtatott alkatrészek?

A 3D nyomtatott alkatrészek nagyon erősek, különösen, ha olyan speciális szálakat használnak, mint a PEEK vagy a polikarbonát, amelyet golyóálló üvegekhez és lövedékálló pajzsokhoz használnak. A töltetsűrűség, a falvastagság és a nyomtatási orientáció beállítható az erő növelése érdekében.

Egy 3D-alkatrész szilárdsága sok mindentől függ. Ezért most áttekintjük a 3D-nyomtatás során használt anyagokat, hogy mennyire erősek valójában, és mit tehetsz a 3D-nyomtatott alkatrészek szilárdságának növelése érdekében.

A 3D nyomtatott alkatrészek gyengébbek és törékenyebbek?

Nem, a 3D nyomtatott alkatrészek nem gyengébbek és törékenyek, hacsak nem olyan beállításokkal 3D nyomtatod őket, amelyek nem adnak szilárdságot. 3D nyomtatás készítése alacsony töltetszinttel, gyengébb anyaggal, vékony falvastagsággal és alacsony nyomtatási hőmérséklettel valószínűleg gyenge és törékeny 3D nyomtatáshoz vezet.

Hogyan lehet a 3D nyomtatott alkatrészeket erősebbé tenni?

A legtöbb 3D nyomtatási anyag önmagában is meglehetősen tartós, de van néhány dolog, amivel növelhető az általános szilárdságuk. Ez leginkább a tervezési folyamat apró részletein múlik.

A legfontosabb a kitöltés, a falvastagság és a falak számának manipulálása lenne. Nézzük meg tehát, hogy az egyes tényezők hogyan befolyásolhatják a 3D nyomtatott szerkezet szilárdságát.

A beépítési sűrűség növelése

A kitöltés az, amit a 3D nyomtatott alkatrész falainak kitöltésére használnak. Ez lényegében a falon belüli minta, amely növeli a darab sűrűségét. Kitöltés nélkül a 3D alkatrész falai teljesen üresek lennének, és meglehetősen gyengék a külső erőkkel szemben.

A kitöltés nagyszerű módja annak, hogy növeljük a 3D alkatrész súlyát, és ezzel egyidejűleg javítsuk az alkatrész szilárdságát is.

Rengeteg különböző kitöltési minta létezik, amelyekkel javítható a 3D nyomtatott darab szilárdsága, például a rácsos vagy a méhsejtes kitöltés. De az, hogy mennyi a kitöltés, meghatározza a szilárdságot.

A normál 3D-s alkatrészeknél valószínűleg 25% is több mint elég, de a súlyt és ütődést elviselni hivatott daraboknál a 100%-hoz közelebbi érték mindig jobb.

A falak számának növelése

Gondoljon úgy a 3D nyomtatott alkatrész falaira, mint egy ház tartógerendáira. Ha egy háznak csak négy külső fala van, és nincsenek tartógerendák vagy belső falak, akkor szinte bármi okozhatja a ház összeomlását vagy megadja magát bármilyen súly alatt.

Ugyanígy egy 3D nyomtatott darab szilárdsága is csak ott lesz meg, ahol vannak falak a súly és a becsapódás elviselésére. Pontosan ezért a 3D nyomtatott darabon belül a falak számának növelése növelheti a szerkezet szilárdságát.

Ez különösen hasznos stratégia, ha nagyobb felületű, 3D nyomtatott alkatrészekről van szó.

Növelje a falvastagságot

A 3D nyomtatott darabokban használt falak tényleges vastagsága határozza meg, hogy az alkatrész mekkora ütést és súlyt képes elviselni. A vastagabb falak a legtöbb esetben tartósabb és masszívabb darabot jelentenek.

Úgy tűnik azonban, hogy van egy pont, amikor már nehéz 3D nyomtatott alkatrészeket nyomtatni, ha a falak túl vastagok.

A falvastagság beállításának legjobb része, hogy a vastagság az alkatrész területétől függően változhat. Ez azt jelenti, hogy a külvilág valószínűleg nem fogja tudni, hogy megvastagította a falakat, hacsak nem vágja ketté a darabot, hogy feldarabolja.

Általánosságban elmondható, hogy a rendkívül vékony falak meglehetősen gyenge falúak lesznek, és nem lesznek képesek külső súlyt elviselni anélkül, hogy összeomlanának.

Általában a legalább 1,2 mm vastagságú falak a legtöbb anyag esetében tartósak és erősek, de a nagyobb szilárdság érdekében javasolnám a 2 mm feletti vastagságot.

A 3D alkatrészek létrehozásához használt anyagok szilárdsága

A 3D nyomtatott alkatrészek csak olyan erősek lehetnek, mint az anyag, amelyből készültek. Ezzel együtt egyes anyagok sokkal erősebbek és tartósabbak, mint mások. Pontosan ezért változik a 3D nyomtatott alkatrészek szilárdsága olyan nagymértékben.

A 3D alkatrészek készítéséhez leggyakrabban használt három anyag a PLA, az ABS és a PETG. Beszéljük meg tehát, hogy melyek ezek az anyagok, hogyan használhatók, és mennyire erősek valójában.

PLA (polimájsav)

A PLA, más néven polimájsav, talán a 3D nyomtatásban használt legnépszerűbb anyag. Nemcsak meglehetősen költséghatékony, de nagyon könnyen használható az alkatrészek nyomtatásához.

Ezért gyakran használják műanyag tartályok, orvosi implantátumok és csomagolóanyagok nyomtatásához. A legtöbb esetben a PLA a 3D nyomtatásban használt legerősebb anyag.

Bár a PLA lenyűgöző, körülbelül 7250 psi szakítószilárdsággal rendelkezik, az anyag különleges körülmények között hajlamos egy kicsit törékeny lenni. Ez azt jelenti, hogy egy kicsit nagyobb valószínűséggel törik vagy törik össze, ha erős ütésnek van kitéve.

Azt is fontos megjegyezni, hogy a PLA olvadáspontja viszonylag alacsony. Magas hőmérsékletnek kitéve a PLA tartóssága és szilárdsága jelentősen gyengül.

ABS (akrilnitril-butadién-sztirol)

Az ABS, más néven akrilnitril-butadién-sztirol nem olyan erős, mint a PLA, de ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy gyenge 3D nyomtatási anyag lenne. Valójában ez az anyag sokkal jobban bírja a nagy ütéseket, gyakran inkább hajlít és hajlít, mint teljesen összetörik.

Mindez a körülbelül 4700 PSI szakítószilárdságnak köszönhető. Tekintettel a könnyű szerkezetre, mégis lenyűgöző tartósságára, az ABS az egyik legjobb 3D nyomtatási anyag.

Ezért az ABS-t a világon szinte bármilyen típusú termék előállításához használják. Elég népszerű anyag, amikor gyermekjátékokat, például Legót, számítógépes alkatrészeket, sőt még csőszegmenseket is nyomtatnak belőle.

Az ABS hihetetlenül magas olvadáspontja miatt szinte bármilyen hőhatásnak ellenáll.

PETG (polietilén-tereftalát glikollal módosított)

A PETG-t, más néven polietilén-tereftalátot általában összetettebb minták és tárgyak kifejlesztésére használják, ha 3D nyomtatásról van szó. Ez azért van, mert a PETG általában sokkal sűrűbb, tartósabb és merevebb, mint néhány más 3D nyomtatási anyag.

Pontosan ezért a PETG-t számos termék, például élelmiszer-tartályok és feliratok gyártására használják.

Miért érdemes egyáltalán 3D nyomtatást használni?

Ha a 3D nyomtatott alkatrészek egyáltalán nem lennének erősek, akkor nem használnák őket alternatív gyártási módszerként számos készlet és anyag esetében.

De vajon olyan erősek-e, mint az olyan fémek, mint az acél és az alumínium? Egyértelműen nem!

Azonban nagyon hasznosak, ha új darabok tervezéséről van szó, alacsonyabb költséggel nyomtathatjuk őket, és tartósan jó sokáig használhatjuk őket. Kisebb alkatrészekhez is kiválóak, és méretükhöz és vastagságukhoz képest általában tisztességes szakítószilárdsággal rendelkeznek.

Ami még ennél is jobb, hogy ezeket a 3D nyomtatott alkatrészeket úgy lehet manipulálni, hogy növeljék szilárdságukat és általános tartósságukat.

Következtetés

A 3D nyomtatott alkatrészek határozottan elég erősek ahhoz, hogy olyan közönséges műanyag tárgyakat készítsenek belőlük, amelyek nagy mennyiségű ütést és akár hőt is kibírnak. Az ABS többnyire sokkal tartósabb, bár a szakítószilárdsága sokkal kisebb, mint a PLA-é.

De azt is figyelembe kell vennie, hogy mit tesznek azért, hogy ezek a nyomtatott alkatrészek még erősebbek legyenek. Ha megnöveli a kitöltési sűrűséget, növeli a falak számát és javítja a falvastagságot, akkor növeli a 3D nyomtatott darab szilárdságát és tartósságát.