Firmy na całym świecie zwróciły się ostatnio w stronę druku 3D, aby szybko tworzyć części techniczne, oszczędzając przy tym trochę pieniędzy. Jednak tworzenie trójwymiarowych wersji części wiąże się z wykorzystaniem nowych materiałów, które mogą nie być tak trwałe. Czy więc części drukowane w 3D są wytrzymałe?

Części drukowane w 3D są bardzo wytrzymałe, zwłaszcza gdy używa się specjalistycznego filamentu, takiego jak PEEK lub poliwęglan, który jest używany do produkcji szyb kuloodpornych i osłon przed zamieszkami. Gęstość wypełnienia, grubość ścianek i orientacja druku mogą być dostosowane do zwiększenia wytrzymałości.

Na wytrzymałość części 3D składa się bardzo wiele czynników, dlatego też zamierzamy dokonać przeglądu materiałów używanych podczas druku 3D, jak wytrzymałe są one w rzeczywistości i co można zrobić aby zwiększyć wytrzymałość części drukowanych w 3D.

Czy części drukowane w 3D są słabsze & kruche?

Nie, części drukowane w 3D nie są słabsze i kruche, chyba że drukujesz je z ustawieniami, które nie dają wytrzymałości. Tworzenie druku 3D z niskim poziomem wypełnienia, ze słabszym materiałem, z cienką grubością ścianek i niską temperaturą druku prawdopodobnie doprowadzi do druku 3D, który jest słaby i kruchy.

Jak sprawić, by drukowane w 3D części były mocniejsze?

Większość materiałów do druku 3D jest dość trwała sama w sobie, ale są pewne rzeczy, które można zrobić, aby zwiększyć ich ogólną wytrzymałość. Sprowadza się to głównie do drobnych szczegółów w procesie projektowania.

Najważniejsza byłaby manipulacja wypełnieniem, grubością ścian i ich liczbą. Przyjrzyjmy się więc jak każdy z tych czynników może wpłynąć na wytrzymałość konstrukcji wydrukowanej w 3D.

Zwiększenie gęstości zabudowy

Wypełnienie jest tym, co jest używane do wypełnienia ścian części drukowanej w 3D. Jest to zasadniczo wzór w ścianie, który dodaje gęstości części. Bez wypełnienia, ściany części 3D byłyby całkowicie puste i raczej słabe na siły zewnętrzne.

Infill to świetny sposób na zwiększenie wagi części 3D, jednocześnie poprawiając jej wytrzymałość.

Istnieje wiele różnych wzorów wypełnień, które mogą być wykorzystane do poprawy wytrzymałości elementów drukowanych w 3D, w tym wypełnienie siatkowe lub o strukturze plastra miodu. Jednak to, ile wypełnienia jest w danym przypadku, decyduje o wytrzymałości.

Dla zwykłych części 3D, do 25% jest prawdopodobnie więcej niż wystarczające. Dla części zaprojektowanych do utrzymania wagi i uderzenia, bliżej 100% jest zawsze lepiej.

Zwiększenie liczby ścian

Pomyśl o ścianach części drukowanej w 3D jak o belkach nośnych w domu. Jeśli dom ma tylko cztery ściany zewnętrzne i nie ma żadnych belek nośnych lub ścian wewnętrznych, prawie wszystko może spowodować zawalenie się domu lub poddanie się pod jakimkolwiek ciężarem.

W ten sam sposób, wytrzymałość elementu drukowanego w 3D będzie istnieć tylko tam, gdzie istnieją ściany, które podtrzymują ciężar i uderzenia. Właśnie dlatego zwiększenie liczby ścian wewnątrz elementu drukowanego w 3D może zwiększyć wytrzymałość konstrukcji.

Jest to szczególnie przydatna strategia w przypadku większych części drukowanych w 3D o większej powierzchni.

Zwiększanie grubości ścian

Rzeczywista grubość ścian użytych w wydrukowanym w 3D elemencie określi, jak wiele uderzeń i wagi może wytrzymać dana część. W większości przypadków, grubsze ściany oznaczają bardziej trwały i solidny element.

Wydaje się jednak, że jest pewien punkt, w którym trudno jest drukować części drukowane w 3D, gdy ścianki są zbyt grube.

Najlepszą częścią dostosowywania grubości ścian jest to, że grubość może się różnić w zależności od obszaru części. Oznacza to, że świat zewnętrzny prawdopodobnie nie będzie wiedział, że pogrubiłeś ściany, chyba że przetną twój kawałek na pół, aby go rozebrać.

Ogólnie rzecz biorąc, bardzo cienkie ściany będą dość słabe i nie będą w stanie utrzymać żadnego ciężaru zewnętrznego bez zawalenia się.

Ogólnie rzecz biorąc, ściany o grubości co najmniej 1,2 mm są trwałe i mocne dla większości materiałów, ale zalecałbym przejście do 2 mm+ dla wyższego poziomu wytrzymałości.

Wytrzymałość materiałów używanych do tworzenia części 3D

Części drukowane w 3D mogą być tylko tak mocne jak materiał, z którego są wykonane. Niektóre materiały są o wiele mocniejsze i bardziej wytrzymałe niż inne. To właśnie dlatego wytrzymałość części drukowanych w 3D jest tak różna.

Trzy z bardziej popularnych materiałów używanych do tworzenia części 3D to PLA, ABS i PETG. Omówmy więc czym jest każdy z tych materiałów, jak można je wykorzystać i jak bardzo są wytrzymałe.

PLA (Polylactic Acid)

PLA, znany również jako Polylactic Acid, jest prawdopodobnie najpopularniejszym materiałem wykorzystywanym w druku 3D. Jest nie tylko dość opłacalny, ale również bardzo łatwy w użyciu do drukowania części.

Dlatego też jest często używany do drukowania plastikowych pojemników, implantów medycznych i materiałów opakowaniowych. W większości przypadków PLA jest najmocniejszym materiałem stosowanym w druku 3D.

Mimo, że PLA ma imponującą wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą około 7 250 psi, w szczególnych okolicznościach materiał ten ma tendencję do bycia nieco kruchym. Oznacza to, że jest nieco bardziej prawdopodobne, że pęknie lub roztrzaska się, gdy zostanie poddany silnemu uderzeniu.

Należy również pamiętać, że PLA ma stosunkowo niską temperaturę topnienia. Pod wpływem wysokiej temperatury trwałość i wytrzymałość PLA ulegnie znacznemu osłabieniu.

ABS (akrylonitrylowy styren butadienowy)

ABS, znany również jako Acrylonitrile Butadiene Styrene, nie jest tak mocny jak PLA, ale to wcale nie oznacza, że jest to słaby materiał do druku 3D. W rzeczywistości, materiał ten jest znacznie bardziej zdolny do wytrzymania silnych uderzeń, często zginając się i wyginając, a nie rozbijając całkowicie.

To wszystko dzięki wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej około 4700 PSI. Biorąc pod uwagę lekką konstrukcję, a jednocześnie imponującą trwałość, ABS jest jednym z najlepszych materiałów do druku 3D.

Dlatego ABS jest używany do produkcji prawie każdego rodzaju produktu na świecie. Jest to dość popularny materiał, jeśli chodzi o drukowanie zabawek dla dzieci, takich jak Legos, części komputerowe, a nawet segmenty rur.

Niewiarygodnie wysoka temperatura topnienia ABS sprawia, że jest on w stanie wytrzymać każdą ilość ciepła.

PETG (politereftalan etylenu modyfikowany glikolem)

PETG, znany również jako politereftalan etylenu, jest zwykle używany do tworzenia bardziej złożonych projektów i obiektów, jeśli chodzi o druk 3D. To dlatego, że PETG ma tendencję do bycia znacznie gęstszym, bardziej trwałym i sztywniejszym niż niektóre z innych materiałów do druku 3D.

Z tego właśnie powodu PETG jest używany do produkcji wielu produktów, takich jak pojemniki na żywność i oznakowania.

Po co w ogóle korzystać z druku 3D?

Gdyby części drukowane w 3D nie były w ogóle wytrzymałe, to nie byłyby wykorzystywane jako alternatywna metoda produkcji wielu materiałów eksploatacyjnych.

Ale czy są one tak mocne jak metale takie jak stal czy aluminium? Zdecydowanie nie!

Są one jednak całkiem przydatne, jeśli chodzi o projektowanie nowych elementów, drukowanie ich po niższych kosztach i uzyskiwanie z nich dobrej ilości trwałych zastosowań. Są one również świetne do małych części i mają ogólnie przyzwoitą wytrzymałość na rozciąganie, biorąc pod uwagę ich rozmiar i grubość.

Co jeszcze lepsze, te drukowane w 3D części mogą być manipulowane w celu zwiększenia ich wytrzymałości i ogólnej trwałości.

Wniosek

Części drukowane w 3D są zdecydowanie wystarczająco mocne, aby mogły być używane do produkcji popularnych plastikowych przedmiotów, które mogą wytrzymać duże ilości uderzeń, a nawet ciepła. W większości przypadków ABS ma tendencję do bycia znacznie bardziej wytrzymałym, chociaż ma znacznie niższą wytrzymałość na rozciąganie niż PLA.

Ale trzeba też wziąć pod uwagę to, co robi się, aby te drukowane części były jeszcze mocniejsze. Kiedy podnosimy gęstość wypełnienia, zwiększamy liczbę ścian i poprawiamy grubość ścian, zwiększamy wytrzymałość i trwałość drukowanego w 3D elementu.