Компанії по всьому світу нещодавно звернулися до 3D-друку, щоб швидко створювати технічні деталі, заощаджуючи при цьому гроші. Але розробка 3D-версій деталей передбачає використання нових матеріалів, які можуть бути не такими довговічними. Тож, чи міцні 3D-друковані деталі?

Деталі, надруковані на 3D-принтері, дуже міцні, особливо при використанні спеціальних ниток, таких як PEEK або полікарбонат, які застосовуються для виготовлення куленепробивного скла і щитів для захисту від заворушень. Щільність заповнення, товщину стінок і орієнтацію друку можна регулювати для збільшення міцності.

Міцність 3D-об'єктів залежить від багатьох факторів. Тому ми розглянемо матеріали, що використовуються під час 3D-друку, їхню міцність і те, що ви можете зробити, щоб підвищити міцність ваших 3D-об'єктів.

Чи є 3D-друковані деталі слабшими та крихкими?

Ні, 3D-друковані деталі не є слабкими і крихкими, якщо тільки ви не друкуєте їх з налаштуваннями, які не дають міцності. Створення 3D-друку з низьким рівнем заповнення, з більш слабкого матеріалу, з тонкою товщиною стінок і низькою температурою друку, швидше за все, призведе до того, що 3D-друк буде слабким і крихким.

Як зробити 3D-друковані деталі міцнішими?

Більшість матеріалів для 3D-друку досить міцні самі по собі, але є речі, які можна зробити, щоб підвищити їхню загальну міцність. Здебільшого це зводиться до дрібних деталей у процесі проектування.

Найбільш важливими будуть маніпуляції з наповнювачем, товщиною стінок і кількістю стінок. Отже, давайте подивимося, як кожен з цих факторів може вплинути на міцність 3D-друкованої конструкції.

Збільшити щільність заповнення

Заповнення - це те, що використовується для заповнення стінок 3D-друкованої деталі. По суті, це візерунок всередині стінок, який додає щільності деталі в цілому. Без заповнення стінки 3D-об'єкта були б повністю порожніми і досить слабкими до зовнішніх впливів.

Заповнення - це чудовий спосіб збільшити вагу 3D-об'єкта, одночасно підвищуючи його міцність.

Існує безліч різних моделей заповнення, які можна використовувати для підвищення міцності 3D-друкованого виробу, включаючи сітчасте заповнення або заповнення у вигляді сот. Але саме кількість заповнення визначає міцність.

Для звичайних 3D-об'єктів до 25%, швидше за все, буде більш ніж достатньо. Для деталей, призначених витримувати вагу та удари, завжди краще ближче до 100%.

Збільшення кількості стін

Уявіть, що стіни 3D-друкованої деталі - це опорні балки будинку. Якщо будинок має лише чотири зовнішні стіни і не має опорних балок чи внутрішніх стін, то практично будь-що може призвести до того, що будинок зруйнується або просяде під будь-якою вагою.

Так само міцність 3D-друкованого виробу буде лише там, де є стінки, що витримують вагу та удари. Саме тому збільшення кількості стінок всередині 3D-друкованого виробу може підвищити міцність конструкції.

Це особливо корисна стратегія, коли мова йде про великі 3D-друковані деталі з великою площею поверхні.

Збільшення товщини стінок

Фактична товщина стінок, що використовуються в 3D-друкованій деталі, визначає, скільки ударів і ваги може витримати деталь. Здебільшого, товстіші стінки означають більш міцну і довговічну деталь в цілому.

Але, схоже, є момент, коли друк 3D-друкованих деталей стає складним, коли стінки занадто товсті.

Найкраще в регулюванні товщини стінок полягає в тому, що товщина може змінюватися залежно від площі деталі. Це означає, що зовнішній світ, швидше за все, не дізнається, що ви потовщили стінки, поки не розріже вашу деталь навпіл, щоб препарувати її.

Взагалі кажучи, надзвичайно тонкі стіни будуть досить крихкими і не зможуть витримати жодної зовнішньої ваги, не зруйнувавшись.

Як правило, стіни товщиною не менше 1,2 мм є довговічними і міцними для більшості матеріалів, але я б рекомендував збільшити товщину до 2 мм і вище для підвищення рівня міцності.

Міцність матеріалів, що використовуються для створення 3D деталей

3D-друковані деталі можуть бути настільки міцними, наскільки міцним є матеріал, з якого вони виготовлені. При цьому деякі матеріали набагато міцніші та довговічніші за інші. Саме тому міцність 3D-друкованих деталей так сильно варіюється.

Три найпоширеніші матеріали, що використовуються для створення 3D деталей, - це PLA, ABS і PETG. Давайте обговоримо, що являє собою кожен з цих матеріалів, як їх можна використовувати і наскільки вони міцні.

PLA (полімолочна кислота)

PLA, також відомий як полімолочна кислота, є, мабуть, найпопулярнішим матеріалом для 3D-друку. Він не тільки досить економічний, але й дуже простий у використанні для друку деталей.

Саме тому його часто використовують для друку пластикових контейнерів, медичних імплантатів та пакувальних матеріалів. У більшості випадків PLA є найміцнішим матеріалом, що використовується для 3D-друку.

Незважаючи на те, що PLA має вражаючу міцність на розрив близько 7 250 фунтів на квадратний дюйм, матеріал має тенденцію бути трохи крихким в особливих умовах. Це означає, що він трохи більше схильний до поломки або розбиття при сильному ударі.

Важливо також зазначити, що PLA має відносно низьку температуру плавлення. Під впливом високих температур довговічність і міцність PLA значно знижуються.

АБС (Акрилонітрил-бутадієн-стирол)

ABS, також відомий як акрилонітрил-бутадієн-стирол, не такий міцний, як PLA, але це зовсім не означає, що він є слабким матеріалом для 3D-друку. Насправді цей матеріал набагато краще витримує сильні удари, часто згинаючись і вигинаючись, а не руйнуючись повністю.

Це все завдяки міцності на розрив близько 4700 PSI. Враховуючи легку конструкцію та вражаючу довговічність, АБС є одним з найкращих матеріалів для 3D-друку.

Ось чому АБС використовується для виготовлення практично всіх видів продукції у світі. Це досить популярний матеріал, коли йдеться про друк дитячих іграшок, таких як Legos, комп'ютерних деталей і навіть сегментів трубопроводів.

Неймовірно висока температура плавлення ABS також робить його здатним витримувати практично будь-яку кількість тепла.

PETG (модифікований поліетилентерефталат гліколем)

PETG, також відомий як поліетилентерефталат, зазвичай використовується для розробки складніших конструкцій та об'єктів, коли йдеться про 3D-друк. Це тому, що PETG, як правило, набагато щільніший, міцніший і жорсткіший, ніж деякі інші матеріали для 3D-друку.

Саме тому PETG використовується для виготовлення багатьох продуктів, таких як харчові контейнери та вивіски.

Навіщо взагалі використовувати 3D-друк?

Якби деталі, надруковані на 3D-принтері, були зовсім не міцними, їх би не використовували як альтернативний метод виробництва багатьох матеріалів.

Але чи є вони такими ж міцними, як такі метали, як сталь та алюміній? Безумовно, ні!

Однак вони дуже корисні, коли йдеться про розробку нових виробів, їхній дешевий друк і довговічне використання. Вони також чудово підходять для дрібних деталей і мають загалом непогану міцність на розрив, зважаючи на їхній розмір і товщину.

Ще краще те, що цими надрукованими на 3D-принтері деталями можна маніпулювати, щоб збільшити їхню міцність і загальну довговічність.

Висновок

Надруковані на 3D-принтері деталі, безумовно, досить міцні, щоб з них можна було виготовляти звичайні пластикові вироби, які витримують сильні удари і навіть нагрівання. Здебільшого ABS набагато довговічніший, хоча його міцність на розрив набагато нижча, ніж у PLA.

Але також потрібно враховувати, що робиться для того, щоб зробити ці надруковані деталі ще міцнішими. Коли ви збільшуєте щільність заповнення, збільшуєте кількість стінок і товщину стінок, ви підвищуєте міцність і довговічність 3D-друкованої деталі.