SLA樹脂強度:3D打印樹脂強度有多高?
魔猴君 知識堂 56天前
樹脂3D打印因其能夠生產(chǎn)具有復雜細節(jié)和光滑表面的部件而受到贊譽。立體光刻(SLA)及其姊妹技術(shù)掩蔽立體光刻(MSLA/LCD)和數(shù)字光處理(DLP)最初因美觀和原型制作而受到青睞,它們證明了樹脂不僅外觀精美,而且功能強大。
這三種技術(shù)的基本原理都是利用光逐層固化液態(tài)樹脂,但它們的光源和投影方法有所不同。SLA使用激光來追蹤物體的形狀,精度較高但速度通常較慢,而DLP使用數(shù)字投影儀來閃現(xiàn)每一層的單個圖像,速度更快但可能會犧牲一些分辨率。與DLP類似,LCD使用LCD屏幕來遮擋光線,從而實現(xiàn)速度和分辨率的平衡。
許多樹脂與這三種技術(shù)兼容,盡管由于固化波長或光強度的差異,有些樹脂可能是為其中一種或另一種專門配制的。
但強度如何?傳統(tǒng)上,樹脂3D打印與熔融沉積成型(FDM)打印相比,被認為有些脆弱。然而,樹脂配方的最新發(fā)展為新一代堅韌耐用的樹脂鋪平了道路,這些樹脂的強度可與特種線材相媲美,在某些情況下甚至超過特種線材。
在本文中,魔猴網(wǎng)將和大家深入探討高強度樹脂的世界,探索其特性、影響其性能的因素以及其強度真正發(fā)揮作用的各種應用。無論您是工程師、設計師、業(yè)余愛好者,還是只是對3D打印的最新進展感到好奇,現(xiàn)代樹脂3D打印的非凡強度和多功能性都會讓您驚嘆不已。
數(shù)量決定力量
圖片1:Elegoo的類ABS樹脂具有強度和細節(jié)處理能力(來源:Shib_Mc_Ne via Reddit)
談到3D打印樹脂的強度時,重要的是要知道“強度”不只是一個詞。它包括材料在不同力的作用下抵抗斷裂或變形的幾種方式。以下是樹脂3D打印的主要強度特性:
抗拉強度:這是樹脂承受拉斷的能力。想象一下拉伸橡皮筋;抗拉強度是它在斷裂前能承受多大的力??估瓘姸仍礁?,樹脂在拉斷時斷裂的可能性就越小。
抗彎強度:這衡量了樹脂抵抗彎曲的能力。想象一下塑料尺在壓力下彎曲;抗彎強度是指它在破裂或永久彎曲之前可以承受的力。
抗沖擊強度:這告訴我們樹脂在承受突然沖擊或撞擊而不破裂的能力。這就像手機殼在掉落一次后會破裂與能承受多次掉落的區(qū)別。
抗壓強度:與抗拉強度相反。它測量樹脂在變形或塌陷前能承受多大的擠壓力。
剪切強度:這衡量了材料抵抗平面上反方向力的能力。想象一下用刀切水果;剪切強度是指切開水果需要多大的力,有些水果比其他水果更難切。
接下來,我們將看看不同類型的樹脂與FDM材料的比較。
樹脂與FDM
圖片2:FDM(左)和樹脂(右)打印在外觀和其他方面均有不同(來源:DCA_Tabletop via Reddit)
在強度方面比較樹脂和FDM并不是簡單的同類比較。FDM部件的強度會因填充百分比和圖案、層高和長絲本身等因素而有很大差異。但是,我們可以根據(jù)樹脂的類型進行一些一般比較。這些樹脂可以是標準樹脂(不針對特定用途)、堅韌樹脂(配方中包含添加劑)和高性能樹脂(具有卓越的強度、彈性、耐化學性等)。
抗拉強度
標準樹脂:大致與PLA(40-50 MPa)和一些PETG混合物(40-60 MPa)相當。
堅韌的樹脂:性能優(yōu)于標準PLA和PETG,有時甚至達到ABS強度的更高端(高達70 MPa)。
高性能樹脂:可以輕松超過大多數(shù)常見FDM長絲的拉伸強度,有些甚至高達90 MPa。
抗彎強度
標準樹脂:與PLA相似(約50-60 MPa)。
堅韌的樹脂:通常比PLA和PETG強度高得多,有時甚至超過ABS(高達100 MPa)。
高性能樹脂:抗彎強度遠遠超過普通FDM長絲的抗彎強度,有些甚至超過130 MPa。
沖擊強度
標準樹脂:通常比FDM長絲更脆,但不同樹脂之間可能會有很大差異。
堅韌樹脂:旨在吸收沖擊,通常達到或超過堅韌PLA混合物或ABS的抗沖擊性。
高性能樹脂:變化范圍很廣,有些樹脂優(yōu)先考慮其他性能而不是抗沖擊性。
通過對技術(shù)的一般比較,我們可以更廣泛地了解不同工藝和材料的優(yōu)勢,然后讓我們仔細看看影響樹脂打印的其他因素。
不僅僅是材料
圖片3:支持也發(fā)揮了作用(來源:All3DP)
3D打印部件的強度不僅僅取決于您使用的樹脂。其他因素也會對部件的強度產(chǎn)生重大影響。
應力集中
盡管樹脂在所有方向上都相同,但部件的形狀可能會在尖角或邊緣處產(chǎn)生應力點。這些應力點可能是薄弱點,而部件的放置方式會影響這些薄弱點與所施加力的關(guān)系。
支撐結(jié)構(gòu)
支撐結(jié)構(gòu)對于成功打印樹脂必不可少,但它們會在最終打印中產(chǎn)生應力點和潛在的薄弱區(qū)域。打印時部件的定位方式會影響需要支撐的位置和數(shù)量,從而間接影響打印物體的整體強度。
后期處理
圖片4:有不同的后處理步驟(來源:All3DP)
后處理是樹脂3D打印中的一個重要步驟,會影響部件的最終強度和功能。適當?shù)暮筇幚碛兄诖蛴〖_到最佳機械性能,同時外觀也很好。
移除支撐
第一步是移除支撐。打印過程中需要這些臨時結(jié)構(gòu)來支撐懸垂部分和復雜形狀,但打印后必須小心地移除它們。您可以使用平口鉗或鉗子等工具小心地將它們撬開。如果支撐移除不當,它們會在表面留下應力點或小裂縫,從而削弱結(jié)構(gòu)。為了獲得最佳強度,請在固化后移除支撐,因為固化后的打印件更堅硬,并且在此步驟中不太可能受損。
洗滌
下一步是清洗。這意味著要清潔打印件以去除表面或內(nèi)部腔體中任何未固化的(液體)樹脂,根據(jù)樹脂的類型,需要考慮不同的因素。通常使用異丙醇(IPA)進行清洗,但三丙二醇單甲醚(TPM)正作為一種更安全的替代品而越來越受歡迎。無論您將打印件浸入溶劑浴中、使用噴霧瓶還是專用清洗站,目標都是去除未固化的樹脂。清洗可防止表面粘性并改善打印件的機械性能。
固化
最后一步是固化。這涉及將打印件暴露在紫外線下,從而引起稱為交聯(lián)的化學反應。該反應將樹脂中的聚合物鏈粘合在一起,使材料凝固并增強其強度。適當?shù)墓袒瘜τ趯崿F(xiàn)樹脂的全部強度、硬度和其他特性非常重要。紫外線燈和專用樹脂固化站通常用于此。
不同的樹脂可能需要特定波長的紫外線,因此使用發(fā)射正確光譜的燈很重要。固化時間因樹脂類型、光強度和打印厚度而異。適當?shù)墓袒陵P(guān)重要;固化不足會使樹脂變軟變脆,而固化過度會使樹脂變脆。
設計考慮
圖片5:3D模型的設計極大地影響了最終打印的強度。
以下是一些需要考慮的重要事項:
壁厚
壁厚越厚,部件越堅固,因為壁厚越厚,材料越厚,越能抵抗斷裂和變形。然而,壁厚越厚,打印時間越長,使用的材料也越多。對于大多數(shù)樹脂打印,建議壁厚至少為1-2毫米,以確保部件堅固,同時平衡材料使用和打印時間。
幾何學
尖角和邊緣會產(chǎn)生應力點,使部件更容易斷裂。使用圓角(圓角)有助于更均勻地分散應力并增強部件強度。對于無支撐壁,請確保厚度至少為1毫米,并使用圓角底座以減少接頭處的壓力并防止打印過程中發(fā)生翹曲或脫落。
挖空和排水孔
將樹脂打印件制成空心可以節(jié)省材料并減輕重量,但必須留有排水孔,以防止未固化的樹脂滯留在內(nèi)部。滯留的樹脂會導致壓力不平衡,從而導致裂縫或故障??招拇蛴〖谋诤駪辽贋?/span>2毫米,以保持強度。
應用
圖片6:事實證明,堅韌的樹脂在許多情況下都很有用(來源:Formlabs)
現(xiàn)代樹脂的卓越強度不僅僅是理論上的;它正在為各個領(lǐng)域創(chuàng)造令人興奮的新可能性。以下是一些現(xiàn)實世界的例子,展示了強韌樹脂如何改變3D打印應用:
功能原型
堅韌的樹脂對于制作功能性原型非常有用,可讓工程師和設計師制作出能夠經(jīng)受住真實測試的部件。例如,汽車行業(yè)使用Formlabs Tough 2000 Resin等樹脂來3D打印復雜的卡扣式機構(gòu)、鉸鏈和其他功能部件。這些原型可以承受反復使用、壓力和沖擊,在投入昂貴的批量生產(chǎn)工具之前,可以對設計提供寶貴的反饋。
最終用途零件
一些樹脂的強度現(xiàn)在不僅足以制造原型,還足以制造最終用途部件。例如,在制造業(yè)中,夾具和固定裝置(用于在裝配或加工過程中固定和定位工件的工具)正在用堅韌的樹脂進行3D打印。這些打印工具可以承受日常磨損,為傳統(tǒng)制造方法提供了一種經(jīng)濟高效且可定制的替代方案。
創(chuàng)意應用
樹脂的強度為藝術(shù)家和業(yè)余愛好者開辟了新的可能性。例如,樹脂珠寶設計師現(xiàn)在可以制作復雜而精致的作品,這些作品不太可能破碎。由于堅韌樹脂的強度提高,曾經(jīng)對樹脂來說太脆弱的精致花絲圖案、薄壁和復雜形狀現(xiàn)在可以可靠地制作出來。此外,樹脂3D打印具有光滑的表面處理和多種顏色,可實現(xiàn)美觀耐用的藝術(shù)創(chuàng)作。令人驚嘆的微縮模型可以增強游戲體驗。
編譯整理:ALL3DP