Самый прочный пластик для 3d принтера: Какой самый прочный материал для 3D печати?

Какой самый прочный материал для 3D печати?

3DPrintStory

&nbsp&nbsp

Процесс 3D печати

&nbsp&nbsp

Какой самый прочный материал для 3D печати?

Хотя процесс 3D печати и кажется отличной альтернативой классическим методам производства, произведенные детали могут оказаться непрочными и непригодными для использования. Как правило — это результат использования стандартных материалов, которые не рассчитаны на прочность и долговечность. Но выход есть: используйте прочные материалы! Прочные материалы для 3D печати могут значительно расширить ваши возможности, так как вы можете печатать детали и отдельные узлы для небольших проектов, не опасаясь их поломки.

В этой статье мы рассмотрим три самых прочных типа материалов для 3D печати. Однако перед этим мы подробно рассмотрим, что означает прочность с точки зрения филаментных материалов.

Что такое прочность и как мы ее будем оценивать?

Прочность материала можно измерить различными методами и оценивать по разному. В этой статье мы в основном будем использовать прочность на разрыв (напряжение до того, как что-то сломается). Мы укажем предел прочности каждого материала для 3D печати на разрыв в фунтах или фунтах на квадратный дюйм (PSI).

Несмотря на очевидное количество фунтов, которое может выдержать материал, все же есть предел погрешности в зависимости от того, как была напечатана деталь. Мы собрали исследования из разных источников, чтобы убедиться, что эти три материала являются самыми прочными.

Вы также должны понимать, что сам материал — не единственный фактор, который влияет на прочность готового изделия. Сам дизайн, постобработка и процесс 3D печати также влияют на прочность детали.

Поликарбонат

По мнению многих производителей и обозревателей, поликарбонат (ПК) считается самой прочной нитью для 3D печати из существующих. В частности, добиться высокой прочности изделий из поликарбоната можно при 3D печати цельнометаллическим хот эндом и 3D принтером в корпусе, который изолирован от влияния внешней среды.

Немного цифр

Airwolf 3D после множества испытаний филаментов пришли к выводу, что поликарбонат — лучший выбор из прочных филаментов для настольных 3D принтеров. Они смогли повесить до 685 фунтов на крючок, напечатанный поликарбонатом, и обнаружили, что этот материал имел предел прочности на разрыв 9800 фунтов на квадратный дюйм. Напротив, та же деталь, напечатанная на PLA, могла выдержать только 285 фунтов.

Используя аналогичный тест, MatterHackers изучили прочность на разрыв этого типа нити, а также ряд других материалов. Они смогли повесить на крюк на поликарбонат в среднем 409 фунтов, в то время как детали из PLA имели значительно более слабый средний вес — всего 154 фунта.

Наконец, известный ютубер Томас Санладерер, занимающийся 3D печатью, рассмотрел несколько поликарбонатных материалов и дал очень положительные отзывы о прочности материала.

3D печать поликарбонатом

Стоит заметить, что качество 3D печати поликарбонатом не очень хорошее. По сравнению с другими материалами, выступы и мелкие детали могут получиться не так хорошо как с использованием того же PLA.

По данным Rigid.Ink, поликарбонат в основном продают в прозрачном цвете. Этот материал для 3D печати обладает отличной термостойкостью, а также ударопрочностью. Но обратите внимание, что печатать вам придется при высоких температурах. Как уже упоминалось выше, лучше использовать закрытый 3D принтер и цельнометаллический хотэнд.

Плюсы поликарбоната: сверхпрочный, отличная термическая и ударопрочность.

Минусы поликарбоната: плохо справляется с выступами и мелкими деталями 3D модели, требуется корпус и цельнометаллический хотэнд, ограниченное количество цветов.

Нейлон

Следующий в нашем списке прочных материалов для 3D печати — нейлон. Этот материал многие считают самым надежным для настольных 3D принтеров. Нейлон уступает по прочности поликарбонату, но все же явно прочнее остальных конкурентов, таких как PLA и ABS.

Немного цифр

Крюк, напечатанный из нейлоновой (910) нити, имел прочность на разрыв 7000 фунтов на квадратный дюйм, в то время как тот же крючок из ABS имел прочность только 4700 фунтов на квадратный дюйм, согласно данным Airwolf 3D. Airwolf 3D также отметили, что зажим, напечатанный из нейлоновой нити, выдерживает 485 фунтов.

MatterHackers выкладывали аналогичные результаты и заметили, что крючок, напечатанный из их материала NylonX, в среднем может удерживать 364 фунта до того, как сломается. Компания Rigid.Ink также провела обзор некоторых нейлоновых нитей и дала им четыре из пяти оценок прочности и пять — по долговечности. Для сравнения: прочность и долговечность PLA составляет три условные единицы.

3D печать нейлоном

Печатать нейлоном немного легче, чем поликарбонатом, но это все еще не PLA. Нейлоновая нить довольно гигроскопична, поэтому она должна быть сухой и требует высокой температуры печати 220-270 °C. Этот материал склонен к небольшому короблению, но также устойчив к ударам, усталости и высокой температуре.

Плюсы нейлона: ударопрочность, устойчивость к усталости, термостойкость, легче печатать, чем поликарбонатом.

Минусы нейлона: гигроскопичность, коробление, требуется очень высокая температура хот энда.

Композиты

Наконец, композитные нити, хотя и не являются по сути одним материалом, могут быть чрезвычайно прочными. Композиты — это нити с определенными добавками, которые влияют на свойства материала, в том числе для повышения прочности. В названиях этих нитей обычно есть слова «pro», «reinforced» (армированные) или «infused» (настоянные), поскольку они обычно представляют собой смесь разных материалов.

По этой причине невозможно оценить, где находятся композитные волокна по сравнению с двумя предыдущими материалами. Некоторые композиты, такие как Carbonyte, могут конкурировать с нейлоновыми нитями по прочности, в то время как некоторые композиты менее прочные.

Все зависит от того, из чего состоит композитная нить. Прочные обычно представляют собой высокопрочный материал, такой как нейлон, пропитанный другим высокопрочным материалом, например, углеродное волокно или стекло.

Говоря об углеродном волокне — это тоже очень прочная нить, которую иногда используют для 3D печати велосипедов. Однако некоторые композитные волокна прочнее, чем многие волокна из чистого углеродного волокна, поэтому они не вошли в тройку лучших, но заслуживают особого упоминания как композитные волокна.

Немного цифр

В качестве примеров мы будем использовать нейлон с углеродным волокном и нейлоновые нити со стекловолокном. MatterHackers определили, что крючки, напечатанные на этих материалах, могут удерживать в среднем 349 и 268 фунтов соответственно.

Rigid.Ink дал нейлоновой нити со стекловолокном четыре из пяти оценок прочности и пять — по долговечности. Они также дали нейлону с углеродным волокном пять из пяти оценок как по прочности, так и по долговечности. Для сравнения, PLA и ABS имели тройку по прочности.

3D печать композитами

Композитные материалы различаются по способу 3D печати, но они, как правило, относительно похожи на их основной материал. Прочные композитные волокна обычно изготавливаются из нейлона, поэтому вам придется печатать при довольно высоких температурах. Эти нити также довольно дорогие.

Плюсы композитов: Это комбинация нескольких материалов с достижением максимально лучших свойств, прочные.

Минусы композитов: Дорогие, требуют высоких температур 3D печати.

Какой пластик выбрать для 3D-принтера? — 3dimg

Расходных материалов для 3D-печати становится все больше и выбрать то, что нужно для своего проекта становится все сложнее. Как не запутаться во всем этом многообразии? Давайте рассмотрим.

Аддитивные технологии. Что это?

Это процесс создания объемных объектов на основе компьютерной 3D-модели за счет последовательного нанесения слоев материала. Основное преимущество — практически неограниченная геометрическая форма и экономия используемого материала, а также короткие сроки реализации проекта по сравнению с классическим производством.

Существует несколько основных методов аддитивного производства, но самый распространенный — экструзионный метод по технологии FDM (моделирование методом послойного наплавления). Процесс печати подразумевает последовательное создание слоев при помощи выдавливания тонкой струи нагретого материала.  А какой материал выбрать в конкретной ситуации? Давайте рассмотрим все по порядку.

1. PLA или полилактид — один из наиболее распространенных пластиков, используемых в 3D-печати. Это экологичный материал, поскольку в качестве сырья используется кукуруза и сахарный тростник. Пластик твердый и прочный, но в то же время хрупкий на ударные нагрузки и размягчается уже при температуре выше 50-60 градусов. Пластик обладает низкой усадкой, глянцевой поверхностью, плохо обрабатывается (но если шкурить его с водой, то этот процесс становится менее затруднительным), растворяется в дихлорметане, хорошая межслойная адгезия, для склеивания изделий рекомендуется использовать эпоксидную смолу или дихлорметан. Области применения: дизайнерские объекты, сувениры, игрушки, ненагруженные шестерни, крепления, формочки, фигурки.
2. ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) — так же является одним из наиболее распространенных пластиков, используемых в 3D-печати. Это ударопрочный термопластик, завоевавший высокую популярность в промышленности и в аддитивном производстве. Большинство пластиковых предметов вокруг нас сделаны именно из ABS, а потому область применения чрезвычайно обширна.
3. PET-GUN или PETG – это модифицированный сополимер PET или полиэтиленгликольтерефталат. В материал добавлен второй хвостик гликоля, что усилило молекулярную струткуру материала, а также увеличило температуру стеклования до 91 градуса, кроме того, гликоль препятствует помутнению при нагревании и кристаллизации. Пластик не токсичен и достаточно ударопрочный, а спекаемость слоев получается такой, что при нагрузке изделие часто ломается против слоев, а не вдоль. Благодаря тому, что пластик не токсичен, он отлично подходит для печати изделий пищевой промышленности, например, вырубок для печенья. Также PETG подходит для печати элементов декора, сувениров или изделий, которые будут эксплуатироваться в уличных условиях, а также шестерней.
4. TITI FLEX – классический полиуретан. Полиуретаны относятся к синтетическим эластомерам и нашли широкое применение в промышленности благодаря широкому диапазону прочностных характеристик. Используются в качестве заменителей резины при производстве изделий, работающих в агрессивных средах, в условиях больших знакопеременных нагрузок и температур. Диапазон рабочих температур от −60 °С до +155 °С позволяет использовать TITI FLEX в самых агрессивных средах, но и печать будет несколько сложнее, чем «обычными» пластиками. Кроме того, есть диапазон жесткости – от SOFT до HARD.
5. NYLON или полиамид — «капризный» в условиях содержания материал, т.к. впитывает влагу даже из воздуха, а по цене превосходит большинство других пластиков, обработка требует опыта и навыков. Несмотря на такие  NминусыYLON это невероятно прочный, долговечный и универсальный материал. Из-за очень разнопланового перечня характеристик полиамид выйдет победителем в сравнении с практически любым другим пластиком. У нейлона очень низкий коэффициент трения, а значит он идеально подходит для печати подвижных деталей, например, втулок или шестерней.
6. PP или пропилен — является вторым наиболее часто используемым пластиком в промышленности, после ABS. Полипропилен это материал, отличающийся высокой прочностью при ударе и многократном изгибе, износостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами в широком диапазоне температур, высокой химической стойкостью, низкой паро- и газопроницаемостью, растворяется только при высокой температуре и под воздействием концентрированных растворителей. Благодаря своим потребительским и технологическим качествам полипропилен имеет очень широкий спектр применения: для производства газо- и водопроводных напорных труб, профилей, листов, пленки, мебели, технических изделий, товаров культурно-бытового назначения, в производстве полипропиленового волокна. Полипропилен также часто используется для производства контейнеров и упаковки для пищевых продуктов, особенно, таких, которые не деформируются в посудомоечных машинах. PP не токсичен в готовом виде, однако в момент печати следует помнить, что материал может выделять токсины.
7. PC или поликарбонат — пластик для инженеров и конструкторов. Невероятно прочный и жесткий, устойчив к ударному воздействию и серьезным физико-механическим нагрузкам. Выдерживает краткий нагрев вплоть до 147 градусов С, используется в пожарной безопасности. Биологически интертен и экологически чист, можно стерелизовать. Хороший диэлектрик, термостойкий, имеет большой диапазон температур для длительного использования: от -100 до 115-130 °С.
8. PVA или поливиниловый спирт – лучший выбор в пару к ABS и PLA. PVA это водорастворимый материал, использующийся в качестве вспомогательного материала для 3D печати, главным образом для изготовления поддержек. Главной его особенностью является водорастворимость. При низкой влажности пластик характеризуется высокой прочностью на разрыв, при повышении влажности уменьшается прочность, но возрастает эластичность.
9. ASA или акрилонитрилстиролакрилатовый пластик – атмосферостойкий аналог ABS пластика. Обладает высокой жесткостью, устойчив к разбавленным кислотам, минеральным смазочным маслам, дизельному топливу. В отличие от АБС-пластика, АСА-пластик стоек к действию УФ-излучения. Не желтеет на открытом воздухе. Хорошо перерабатывается. ASA отлично подойдет для печати корпусов уличных устройств, уличной осветительной техники, элементов автомобилей, морской и воздушной техники (как наружных, так и внутренних элементов) и предметов, которые при эксплуатации подвергаются воздействию окружающей среды.
10. HIPS GEO – еще один пластик используемый в качестве материала для поддержек. Имеет самую минимальную усадку, низкую температуру плавления, а также наилучшим образом обрабатывается растворителем DE-лимомен. Помимо своих положительных качеств, имеет ряд преимущество перед ABS пластиком по физико-механическим свойствам.
11. PND или полиэтилен низкого давления (ПНД) или высокой плотности (HDPE) — полиэтилен, получаемый при низком давлении. PND представляет собой эластичный легкий материал, способный к кристаллизации. Теплостойкость достигает 110 °С. Допускает охлаждение до -80 °С. При длительных нагрузках PND наблюдается высокая ползучесть. Данный вид полиэтилена обладает отличными диэлектрическими характеристиками, он биологически инертен и легко подвергается переработке. Полиэтилен низкого давления предназначен для изготовления технических изделий, а также изделий контактирующих с пищевыми продуктами, питьевой водой, косметическими лекарственными препаратами. Разрешен для изготовления игрушек, может быть прозрачным и т.к. материал легче воды, все изделия из него обладают отличной плавучестью.

Если вы только начинаете свой путь в мире аддитивных технологий и у вас пока не получается разобраться во всех нюансах использования материалов, обработки, склейки и настройки оборудования — напишите нам. Наши сотрудники помогут вам выбрать идеальный материал под конкретные задачи.

самых прочных материалов для 3D-печати: ударопрочные нити

Если вам нужно напечатать на 3D-принтере деталь или объект, который должен выдерживать сильные удары или многократное использование, вам придется обратиться к некоторым из самых прочных материалов для 3D-печати.

Что делает нить для 3D-печати прочной? В этой статье прочность относится к материалам, способным выдерживать сильные удары и многократное использование, а также долговечным . Некоторые нити обладают более высокой ударной вязкостью, более высокой усталостной прочностью или долговечностью, а некоторые обладают сочетанием всех трех факторов.

В этой статье мы рассмотрим 7 самых прочных материалов для 3D-печати и способы выбора между ними для следующей печати.

7 Самые прочные материалы для 3D-печати

Самые прочные нити для 3D-печати:

• ABS
• ТПУ
• ПЭТ-Г
• ПА
• ПАНТ CF15
• ПП
• ПП GF30 .

Прочность этих нитей различается, поскольку некоторые из них более устойчивы к ударам, а другие структурно прочны или даже устойчивы к усталости. Давайте углубимся в уникальные характеристики каждой нити.

1. АБС

АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) представляет собой жесткий и ударопрочный термопластический материал . Это популярный материал, который в основном используется для инженерных целей и технической печати. По сравнению со многими другими волокнистыми нитями, АБС-пластик довольно экономичен, что делает его отличным выбором, если у вас ограниченный бюджет, но вам все еще нужна высокая прочность. Наряду с устойчивостью к ударам и усталости, ABS также является термостойким и водостойким.

• Когда выбирать ABS:

ABS — это идеальный материал для 3D-печати, который можно использовать, если ваша печать будет использоваться для движущихся частей, высоких механических нагрузок или для функций с высокими нагрузками . ABS также является хорошим вариантом, если ваша печать будет продуктом конечного использования, так как он имеет привлекательную поверхность.

2. ТПУ 

ТПУ (термопластичный полиуретан) наиболее известен своей гибкостью, что делает этот материал для 3D-печати таким прочным . Наряду с гибкостью, ТПУ также очень прочен, обладает высокой устойчивостью к ударам, износу, химическим веществам и истиранию. ТПУ — идеальный материал для 3D-печати, который можно использовать для поглощения ударов.

• Когда выбирать ТПУ:

Благодаря способности увеличиваться в 4,5 раза по сравнению с первоначальным размером, не ломая , ТПУ — ваш лучший выбор для любых отпечатков, требующих высокого уровня гибкости и прочности. ТПУ обычно используется для печати таких деталей, как колеса, пружины, амортизаторы и другие гибкие объекты.

3. PET-G

Новичкам в области 3D-печати следует обратиться к PET-G (модифицированный полиэтилентерефталатом гликоль) при поиске материала для 3D-печати, который является одновременно прочным и простым в печати . PET-G легче печатать, чем ABS, но он прочнее и технологичнее, чем PLA. PET-G ударопрочен, устойчив к истиранию, а также обладает некоторой гибкостью.

• Когда выбирать PET-G:

Обладает блестящей поверхностью и хорошим уровнем прочности, PET-G — отличный вариант для деталей конечного назначения . Он обычно используется для печати функциональных прототипов, деталей с умеренными нагрузками и защитных чехлов.

4. PA

Одним из самых прочных материалов для 3D-печати с точки зрения долговечности и термостойкости является PA (полиамид). Этот полукристаллический пластик используется для отпечатков, которые будут подвергаться тяжелым нагрузкам. Полиамид обладает высокой прочностью, отличной ударопрочностью и устойчивостью к усталости, что делает его идеальным для движущихся частей.

• Когда выбирать PA:

PA обычно используется для изготовления шайб, шестерен, приспособлений, скользящих деталей и объектов, подвергающихся высокой усталости. Являясь одним из самых прочных материалов для 3D-печати, он устойчив к истиранию, ударам и нагреву. По сравнению с ABS полиамид обладает лучшей ударной вязкостью и гибкостью.

5. PAHT CF15

Другим широко используемым материалом для 3D-печати в автомобильной промышленности является PAHT CF15 (высокотемпературный полиамид, армированный углеродным волокном). Этот филамент является мощным материалом для 3D-печати в нашем списке. PAHT CF15 — это , характеризующийся высоким уровнем прочности, термостойкости, жесткости и ударопрочности .

• Когда выбирать PAHT CF15:

Хотя может возникнуть соблазн немедленно использовать самый прочный материал, который только можно найти, это не всегда правильный выбор. Эта прочная нить для 3D-печати лучше всего подходит для самых требовательных объектов или деталей. Используйте его, когда вам нужен материал, который должен заменить металл, или детали, которые будут подвергаться воздействию экстремальных температур и высоких нагрузок.

6. PP

PP (полипропилен) — легкий и гибкий материал, но пусть это вас не смущает. Фактически, полипропилен — это очень прочный материал для 3D-печати, обладающий высокой ударопрочностью и устойчивостью к усталости. Полипропилен наиболее известен своей высокой устойчивостью к большинству химических веществ, включая щелочи, кислоты и органические растворители.

• Когда выбирать PP:

Несмотря на то, что его легкая природа может не делать его таким прочным, как другие нити в этом списке, его долговечность и ударопрочность при сохранении воздушности делают его хорошим вариантом для деталей, которые будут подвергаться повторяющимся операциям, таких как упаковка, трубы, соединения.

7. PP GF30

PP GF30 (полипропилен 30% стекловолокно) похож на PP, но с небольшим усилением. Стекловолокно в PP GF30 позволяет этому материалу для 3D-печати иметь высокий уровень прочности и жесткости, сохраняя при этом легкость и высокую химическую стойкость. Это один из самых прочных материалов для 3D-печати, который часто используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

• Когда выбирать PP GF30:

Наряду с легким весом, прочностью и жесткостью , одним из наиболее впечатляющих качеств PP GF30 является его высокая устойчивость к агрессивным средам , включая химические вещества и погодные условия. Если ваша 3D-печать будет размещаться снаружи или должна выдерживать суровые температуры при сохранении прочности конструкции, то PP GF30 будет отличным выбором.

Самая прочная нить для 3D-принтеров выпускается во всех формах, размерах и определениях прочности. Ищете ли вы долговечность, ударопрочность или сопротивление усталости, этот список обязательно приведет вас в правильном направлении.

Выбор между ПК, нейлоном, ТПУ и другими материалами

Хорошие материалы для 3D-печати, как правило, предлагают сочетание желаемых характеристик. Эти характеристики могут включать пригодность для печати, долговечность, химическую стойкость, термостойкость и гибкость, и это лишь некоторые из них. Однако главным среди этих желательных свойств является прочность: никто не хочет, чтобы их напечатанные на 3D-принтере детали ломались, а прочность материала — один из лучших способов гарантировать, что этого не произойдет.

Взгляните на рынок нитей, и вы легко увидите, что самые прочные нити для 3D-принтеров имеют более высокую цену, чем их более слабые аналоги. Отчасти это связано со стоимостью более прочного сырья, а отчасти с более широким использованием 3D-печати в качестве инструмента для конечного производства, когда реальные функциональные детали требуют большей прочности, чем прототипы. Спрос на высокопрочные материалы растет, и многие производители были рады предложить решения.

В этой статье рассматриваются некоторые из самых прочных нитей для 3D-принтеров, доступных для пользователей 3D-принтеров FDM. Это ни в коем случае не исчерпывающее руководство по высокопрочным материалам, но в нем рассматриваются некоторые из самых популярных высокопрочных нитей в потребительской сфере, а также затрагиваются некоторые материалы профессионального уровня, предназначенные для опытных пользователей.

Прочная нить для 3D-печати пользуется большим спросом, но «прочность» в данном контексте может означать несколько разных вещей. При сравнении нитей вы увидите такие термины, как прочность на разрыв, ударная вязкость, прочность на разрыв и прочность на изгиб — все они могут быть измерены с помощью стандартизированных испытаний на прочность — в дополнение к более общим терминам, таким как долговечность и ударная вязкость.

Эти разные термины необходимы, потому что материалы могут быть прочными или слабыми по-разному. Например, попробуйте представить относительную прочность стеклянной бутылки и кусочка жевательной резинки. Если бы вы швырнули два предмета в стену, стекло, очевидно, разбилось бы, а жевательная резинка осталась почти невредимой. Но разорвать жевательную резинку руками гораздо легче, чем стеклянную бутылку.

При выборе и покупке нити для 3D-принтера важны все различные атрибуты, связанные с прочностью. Тем не менее, два типа силы обычно имеют приоритет над любыми другими. Это прочность на растяжение и ударная вязкость.

Прочность на растяжение

Используется для обозначения предельной прочности материала или детали. Прочность на растяжение может быть определена как способность сопротивляться разрыву при растяжении, т. е. при натяжении или растяжении.

Прочность на растяжение является наиболее широко используемым показателем прочности для деталей, напечатанных на 3D-принтере, поскольку она указывает на пригодность материала для несущих или механических применений. Он выражается в мегапаскалях (МПа) или, в Соединенных Штатах, в фунтах на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм), а значения определяются путем проведения испытания на растяжение: буквально разрывая кусок материала на части и используя тензометр для записи точного значения. степень натяжения, при которой материал разрывается. Это ключевой показатель практически для любой функциональной печатной детали.

На уровне недорогих потребителей самые прочные нити для 3D-принтеров с точки зрения прочности на растяжение включают поликарбонат (ПК), модифицированный полиэтилентерефталатгликолем (PETG) и полимолочную кислоту (PLA). К слабым материалам относятся термопластичный полиуретан (ТПУ) и акрилонитрилбутадиенстирол (АБС).

Материалы с хорошей прочностью на растяжение труднее сломать при растяжении

Ударная вязкость

Другим ключевым показателем прочности является ударная вязкость. Синоним ударной вязкости, ударная вязкость — это способность материала или детали поглощать удары и внезапные удары без разрушения. Это важное материальное свойство для таких предметов, как оборудование для обеспечения безопасности и детские игрушки.

Ударная вязкость определяется как количество энергии, обычно выражаемое в килоджоулях на квадратный метр (кДж/м2), которое материал способен поглотить без разрушения. Хрупкие материалы имеют низкий уровень ударной вязкости и могут легче сломаться при внезапном ударе. Однако материалы могут иметь высокую ударную вязкость и низкую прочность на растяжение, и наоборот.

К сожалению, из-за множества различных способов испытаний на ударную вязкость может быть сложно сравнить точную ударную вязкость двух разных нитей рядом. Два разных производителя филамента могут использовать разные методы тестирования и даже разные единицы измерения.

На потребительском уровне самые прочные нити для 3D-принтеров с точки зрения ударопрочности включают нити ABS, PETG, поликарбонатные нити и гибкие нити, такие как TPU. Одним из очень слабых материалов с точки зрения ударопрочности является PLA, который может легко разбиться при падении или ударе.

Прочие показатели прочности

Помимо предела прочности при растяжении и ударной вязкости, некоторые важные термины, которые вы можете найти в паспорте материала, включают: ; выражено в мегапаскалях (МПа)

Рекомендуемое чтение: 5 вариантов получения прочных деталей с помощью 3D-печати

Предел прочности при растяжении: 70 МПа

Одним из самых прочных материалов для 3D-печати FDM — с точки зрения как прочности на растяжение[1], так и прочности на удар — является поликарбонат (ПК). Фактически, поликарбонатная нить, вероятно, была бы одним из самых популярных материалов для печати, если бы ее не было так сложно печатать.

Преимущества поликарбоната, помимо превосходной прочности на разрыв и ударную вязкость, включают его термостойкость и пригодность для печати на прозрачных деталях. Препятствием для печати ПК является его очень высокая температура плавления и очень высокие температуры, необходимые для его печати. Для экструдера требуется температура не менее 260 °C, а для некоторых составов требуется более 300 °C, что выходит за рамки возможностей настольных 3D-принтеров потребительского уровня. Рекомендуется температура слоя около 100 °C.

Поликарбонаты некоторых марок содержат добавки, снижающие температуру плавления материала, но эти добавки также могут снижать прочность и термостойкость материала, что делает их менее подходящими для деталей конечного использования, таких как автомобильные компоненты.

ПК 3D-печать обычно ограничивается небюджетными системами, которые могут печатать при высоких температурах и извлекать из материала наилучшие прочностные свойства. Однако даже эти системы могут с трудом контролировать склонность материала к деформации.

Популярные нити для ПК включают Raise3D Premium PC, Polymaker PolyMax и 3DXTech 3DXMax PC.

Приблизительная прочность на растяжение: 50–80 МПа

Еще одним прочным волокном как на растяжение, так и на удар является нейлон (ПА). Несмотря на то, что нейлоновая нить не такая прочная, как поликарбонат, печатать на нейлоновой нити немного легче, для чего требуется температура экструдера около 250 °C и подогрев стола до температуры около 80 °C.

Нейлон, возможно, чаще ассоциируется с селективным лазерным спеканием (SLS), где он используется в виде порошка для изготовления промышленных деталей и прототипов. Тем не менее, нейлоновая нить для 3D-принтера FDM широко доступна и, как правило, стоит дешевле ПК. По сравнению с ПК он немного более гибкий, что может быть желательно для некоторых функциональных частей. Другие преимущества нейлоновой нити включают ее превосходную долговечность, гладкость поверхности и адгезию слоев.

Хотя большинство настольных принтеров могут обрабатывать нейлоновую нить, этот высокопрочный материал имеет недостатки. Например, он очень гигроскопичен и склонен к поглощению влаги, что может вызвать различные проблемы с печатью, такие как образование пузырей в сопле. Как и поликарбонат, нейлон также подвержен деформации при остывании.

Популярные нейлоновые нити включают MatterHackers Pro Series Nylon, Ultimaker Nylon и ColorFabb PA.

Предел прочности при растяжении: 20–50 МПа

Хотя гибкие нити, такие как термопластичный полиуретан (ТПУ), обычно не считаются высокопрочными материалами из-за их очень низкой прочности на растяжение, они на самом деле обладают очень высоким уровнем ударной прочности, что делает их подходящими для амортизирующих печатных объектов и функциональных детали, такие как защитные кожухи. Естественно, ТПУ имеет очень высокое удлинение при разрыве по сравнению с более жесткими материалами, а также материал обладает хорошей стойкостью к истиранию и химической стойкостью. Однако его прочность на растяжение очень низкая, что делает его непригодным для механических деталей.

Большинство настольных 3D-принтеров могут печатать ТПУ и другие разновидности термопластичного эластомера (ТПЭ) с требуемой температурой горячего конца около 230 °C. Однако обратите внимание, что лучшие 3D-принтеры для печати гибкими нитями имеют экструдеры с прямым приводом, поскольку экструдеры Боудена могут спутывать нити.

Популярные нити TPU включают NinjaTek Cheetah TPU, Polymaker PolyFlex и Fillamentum Flexfill.

Рекомендуем прочитать: Объяснение настроек печати TPU

В профессиональных и промышленных условиях многие пользователи FDM теперь обращаются к высокопроизводительным материалам, таким как PAEK (PEEK и PEKK) и PEI (ULTEM), для производства деталей конечного использования, особенно в таких требовательных отраслях, как автомобильная и аэрокосмическая. Когда прочность нити является наивысшим приоритетом, эти материалы инженерного класса намного лучше, чем обычные продукты, такие как нить PLA.

Высококачественные пластмассы обладают очень высоким уровнем прочности на растяжение. Нить PEEK, например, может иметь прочность на разрыв до 100 МПа, что значительно выше, чем у нити из поликарбоната, и значительно выше, чем у нити из АБС. Материалы семейства PAEK также обладают очень хорошей ударной вязкостью; PEI немного менее прочный, но, как правило, гораздо более доступный, чем нить PAEK.

Очевидным недостатком высокопроизводительных полимеров является то, что ими нельзя печатать на принтерах начального уровня или даже на настольных машинах среднего уровня. Они требуют гораздо более высоких температур (сопло, станина и корпус), чем обычные материалы, они дороже и иногда требуют отжига, чтобы максимизировать их механические характеристики.[2]

Популярные высокоэффективные нити включают 3DXTECH ThermaX PEEK и Markforged ULTEM 9085.

Прочность и жесткость термопластов можно повысить, смешав их с армирующими добавками, создав так называемую композитную нить. Общие добавки включают рубленое углеродное волокно и стекловолокно.

Композиты популярны в 3D-печати FDM, поскольку они позволяют пользователям включать прочные материалы, такие как углеродное волокно, без корректировки процесса печати. Поскольку в композите содержится больше термопласта, чем добавки, материал все же можно расплавить и экструдировать, как обычную нить.

Армированные композиты могут иметь высокий уровень прочности на растяжение. Например, MatterHackers NylonX (композит из нейлона и углеродного волокна) имеет прочность на растяжение 100 МПа.

Обратите внимание, однако, что нити из углеродного волокна FDM имеют ограничения по своей прочности, поскольку рубленые волокна, смешанные с материалом, ориентированы случайным образом. Передовые технологии композитной печати, например, разработанные Markforged и Desktop Metal, позволяют печатать непрерывными волокнами, в результате чего детали становятся намного прочнее.[3]

Выбор самой прочной нити для 3D-принтера для ваших нужд сводится к двум ключевым факторам: типу требуемой прочности и требуемому уровню прочности (это возможно при наличии имеющегося оборудования для печати).

Если детали должны выдерживать постоянные нагрузки и напряжения, предпочтение следует отдавать материалам с высокой прочностью на растяжение. К ним относятся PLA и PETG в более дешевом сегменте, такие материалы, как ПК в среднем, и композиты или высокоэффективные полимеры, предлагающие самый высокий уровень прочности на растяжение, в премиум-конце.

Если детали должны выдерживать внезапные удары, предпочтение следует отдавать материалам с высокой ударной вязкостью или ударной вязкостью. К таким материалам относятся ABS и TPU для потребителей и высокоэффективные полимеры для премиум-класса.

В целом, многие пользователи FDM предпочитают такие материалы, как нейлон и поликарбонат, поскольку они предлагают хороший баланс между доступностью, прочностью на растяжение и ударной вязкостью.

[1] Таникелла Н.Г., Виттбродт Б., Пирс Дж.М. Прочность на разрыв коммерческих полимерных материалов для изготовления плавленых нитей 3D-печати.