Wereldwijd hebben bedrijven zich onlangs gewend tot 3D-printing om snel technische onderdelen te maken en daarbij geld te besparen. Maar bij de ontwikkeling van 3D-versies van stukken worden nieuwe materialen gebruikt die misschien niet zo duurzaam zijn. Dus, zijn 3D-geprinte onderdelen sterk?

3D-geprinte onderdelen zijn zeer sterk, vooral bij gebruik van gespecialiseerd filament zoals PEEK of Polycarbonaat, dat wordt gebruikt voor kogelvrij glas en oproerschilden. Infill-dichtheid, wanddikte en printoriëntatie kunnen worden aangepast om de sterkte te vergroten.

Er komt heel wat kijken bij de sterkte van een 3D onderdeel. Daarom gaan we het hebben over de materialen die gebruikt worden bij het 3D printen, hoe sterk ze werkelijk zijn en wat u kunt doen om de sterkte van uw 3D geprinte onderdelen te verhogen.

Zijn 3D-geprinte onderdelen zwakker en breekbaar?

Nee, 3D-geprinte onderdelen zijn niet zwakker en breekbaar, tenzij je ze 3D-print met instellingen die geen sterkte geven. Een 3D-print maken met een laag invulniveau, met een zwakker materiaal, met een dunne wanddikte en een lage printtemperatuur leidt waarschijnlijk tot een 3D-print die zwak en breekbaar is.

Hoe maak je 3D-geprinte onderdelen sterker?

De meeste 3D-printmaterialen zijn op zich vrij duurzaam, maar er zijn enkele dingen die gedaan kunnen worden om de algemene sterkte ervan te verhogen. Dit komt meestal neer op de kleine details in het ontwerpproces.

Het belangrijkste is het manipuleren van de vulling, de wanddikte en het aantal wanden. Laten we eens kijken hoe elk van deze factoren de sterkte van een 3D-geprinte constructie kan beïnvloeden.

Inbreidingsdichtheid verhogen

Infill is wat gebruikt wordt om de wanden van een 3D geprint onderdeel op te vullen. Dit is in wezen het patroon binnen de wand dat bijdraagt aan de dichtheid van het geheel. Zonder infill zouden de wanden van een 3D onderdeel volledig hol zijn en nogal zwak voor externe krachten.

Infill is een geweldige manier om het gewicht van een 3D onderdeel te verhogen en tegelijkertijd de sterkte van het onderdeel te verbeteren.

Er zijn tal van verschillende invulpatronen die kunnen worden gebruikt om de sterkte van een 3D-geprint stuk te verbeteren, zoals een rasterinvulling of een honingraatinvulling. Maar juist de hoeveelheid invulling bepaalt de sterkte.

Voor gewone 3D-onderdelen is tot 25% waarschijnlijk meer dan genoeg. Voor stukken die ontworpen zijn om gewicht en impact te ondersteunen, is dichter bij 100% altijd beter.

Aantal muren verhogen

Denk aan de wanden van een 3D-geprint onderdeel als de steunbalken in een huis. Als een huis slechts vier buitenmuren heeft en geen steunbalken of binnenmuren, kan zowat alles het huis doen instorten of bezwijken onder om het even welk gewicht.

Op dezelfde manier zal de sterkte van een 3D-geprint stuk alleen bestaan waar er wanden zijn om gewicht en impact te ondersteunen. Dat is precies waarom het verhogen van het aantal wanden binnen een 3D-geprint stuk de sterkte van de structuur kan verhogen.

Dit is een bijzonder nuttige strategie wanneer het gaat om grotere 3D-geprinte onderdelen met een groter oppervlak.

Wanddikte verhogen

De werkelijke dikte van de wanden van een 3D-geprint stuk bepaalt hoeveel impact en gewicht een onderdeel aankan. Dikkere wanden betekenen meestal een duurzamer en steviger stuk.

Maar er lijkt een punt te zijn waarop het moeilijk is om 3D-geprinte onderdelen te printen als de wanden te dik zijn.

Het beste deel van het aanpassen van de wanddikte is dat de dikte kan variëren op basis van de oppervlakte van het stuk. Dat betekent dat de buitenwereld waarschijnlijk niet zal weten dat je de wanden dikker hebt gemaakt, tenzij ze je stuk doormidden snijden om het te ontleden.

In het algemeen zullen extreem dunne wanden vrij broos zijn en geen extern gewicht kunnen dragen zonder in te storten.

In het algemeen zijn wanden van minstens 1,2 mm dik duurzaam en sterk voor de meeste materialen, maar ik zou aanraden om tot 2 mm+ te gaan voor een hoger niveau van sterkte.

De sterkte van materialen die worden gebruikt om 3D-onderdelen te maken

3D-geprinte onderdelen kunnen slechts zo sterk zijn als het materiaal waarvan ze gemaakt zijn. Sommige materialen zijn echter veel sterker en duurzamer dan andere. Dat is precies de reden waarom de sterkte van 3D-geprinte onderdelen zo sterk varieert.

Drie van de meest gebruikte materialen voor het maken van 3D-onderdelen zijn PLA, ABS en PETG. Laten we eens bespreken wat elk van deze materialen is, hoe ze kunnen worden gebruikt en hoe sterk ze werkelijk zijn.

PLA (polymelkzuur)

PLA, ook bekend als polymelkzuur, is misschien wel het meest populaire materiaal voor 3D printen. Het is niet alleen heel rendabel, maar ook heel gemakkelijk te gebruiken om onderdelen te printen.

Daarom wordt het vaak gebruikt voor het printen van plastic verpakkingen, medische implantaten en verpakkingsmateriaal. In de meeste gevallen is PLA het sterkste materiaal dat bij 3D printen wordt gebruikt.

Ook al heeft PLA een indrukwekkende treksterkte van ongeveer 7.250 psi, het materiaal heeft de neiging om in speciale omstandigheden een beetje broos te zijn. Dat betekent dat het een beetje meer kans heeft om te breken of te versplinteren bij een krachtige impact.

Het is ook belangrijk op te merken dat PLA een relatief laag smeltpunt heeft. Bij blootstelling aan hoge temperaturen zal de duurzaamheid en sterkte van PLA ernstig verzwakken.

ABS (Acrylonitril Butadieen Styreen)

ABS, ook bekend als Acrylonitril Butadieen Styreen, is niet zo sterk als PLA, maar dat betekent helemaal niet dat het een zwak 3D printmateriaal is. In feite is dit materiaal veel beter bestand tegen zware schokken, vaak buigend en buigend in plaats van volledig verbrijzeld.

Dat is allemaal te danken aan de treksterkte van ongeveer 4.700 PSI. Gezien de lichte constructie en de indrukwekkende duurzaamheid is ABS een van de beste 3D printmaterialen die er zijn.

Daarom wordt ABS gebruikt om zowat elk type product ter wereld te maken. Het is een populair materiaal voor het printen van kinderspeelgoed zoals Lego, computeronderdelen en zelfs buissegmenten.

Het ongelooflijk hoge smeltpunt van ABS maakt het ook bestand tegen zowat elke hoeveelheid hitte.

PETG (polyethyleentereftalaat glycol-gemodificeerd)

PETG, ook bekend als Polyethyleen Tereftalaat, wordt meestal gebruikt om complexere ontwerpen en objecten te ontwikkelen als het gaat om 3D printen. Dat komt omdat PETG veel dichter, duurzamer en stijver is dan sommige andere 3D printmaterialen.

Juist daarom wordt PETG gebruikt voor het maken van tal van producten zoals voedselverpakkingen en bewegwijzering.

Waarom überhaupt 3D printen?

Als 3D-geprinte onderdelen helemaal niet sterk zouden zijn, dan zouden ze niet worden gebruikt als alternatieve productiemethode voor veel benodigdheden en materialen.

Maar zijn ze zo sterk als metalen als staal en aluminium? Zeker niet!

Ze zijn echter heel nuttig als het erom gaat nieuwe stukken te ontwerpen, ze tegen lagere kosten af te drukken, en er een goede hoeveelheid duurzaam gebruik van te maken. Ze zijn ook zeer geschikt voor kleine onderdelen en hebben over het algemeen een behoorlijke treksterkte gezien hun grootte en dikte.

Nog beter is dat deze 3D-geprinte onderdelen kunnen worden gemanipuleerd om hun sterkte en algemene duurzaamheid te verhogen.

Conclusie

3D-geprinte onderdelen zijn zeker sterk genoeg om te worden gebruikt om gewone plastic voorwerpen te maken die bestand zijn tegen grote hoeveelheden schokken en zelfs hitte. ABS is meestal veel duurzamer, hoewel het een veel lagere treksterkte heeft dan PLA.

Maar u moet ook rekening houden met wat er wordt gedaan om deze geprinte onderdelen nog sterker te maken. Wanneer u de invuldichtheid verhoogt, het aantal wanden verhoogt en de wanddikte verbetert, verhoogt u de sterkte en duurzaamheid van een 3D-geprint stuk.