Чи міцні та довговічні 3D-друковані деталі? PLA, ABS та PETG

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.

Друк 3D-моделі на 3D-принтері

Технології 3D не стоять на місці, і, якщо фільми у форматі 3D вже давно увійшли в наше життя, то 3D-друк стане масовим явищем вже завтра.

А сьогодні послуга 3D-друку вже стала популярною і доступною! Друк 3D-моделі на 3D-принтері став обов’язковою складовою сучасного виробничого процесу.

3D-друком називають створення об’ємного і деталізованого виробу за заданою графічною формою, в результаті перетворення тривимірного графічного зображення в реальний фізичний об’єкт. 3D-виріб формується методом пошарового «нарощування» монолітного об’єкту або створення окремих деталей збірного об’єкту. Об’ємну модель майбутнього виробу можна отримати за допомогою 3D-сканера або шляхом створення 3D-форми − дизайнером-конструктором.

3D-друк виконується на пристрої, званому 3D-принтером, з використанням різних матеріалів (силікон, бетон, пластик, акрил, гідрогель, папір, деревні волокна, гіпс, метал, нейлон, полімерна або кам’яна крихта та ін). Технологія пошарового друку об’ємних об’єктів була винайдена наприкінці 80-х років минулого століття, але, будучи недосконалою, вважалася перспективною технологією для далекого майбутнього.

Завдяки активному розвитку високих технологій в новому тисячолітті, 3D-принтери увійшли в усі сфери життя і стали доступні для використання навіть в домашніх умовах! Вже зараз народні умільці збирають 3D-принтери своїми руками, з «підручних» матеріалів або спеціальних наборів деталей, укомплектованих магазинами, що займаються продажем 3D-принтерів.

Але, без спеціальних інженерних навичок, можна ризикнути взятися лише за складання простих моделей принтерів для друку елементарних об’єктів. Професійний 3D-принтер має набагато більше можливостей і кращу якість друку, а тому дозволяє швидко і якісно надрукувати будь-який потрібний саме вам, 3D-об’єкт!

Застосування 3D-друку

3D-друк застосовується для створення реального предмету унікальної форми з максимально точними розмірами. Наша компанія, як професіонал на ринку брендингу, графічного проектування і виробництва прототипів різних виробів, готова надати клієнтам послуги 3D-друку будь-якої складності, з використанням найсучасніших технологій.

Наприклад, зараз створення металевих прес-форм у багатьох випадках стає вкрай марнотратною справою у виробництві. Тому ми пропонуємо вам звернути увагу на можливість створення силіконових прес-форм, у яких кінцевий результат нічим не гірший від прес-форм з інших матеріалів. Результат, що дозволяє значно заощадити на довиробничій підготовці, а також знизити собівартість продукції, що збільшить попит.

Крім високої рентабельності, силіконові прес-форми забезпечують хорошу якість відлитого продукту, адже завдяки простоті обробки, еластичності і міцності силікону, досягається висока точність деталізації об’єкту і його зручно витягати з отриманої прес-форми. Особливо вигідне дрібносерійне виробництво з використанням силіконових форм! Ми не тільки створюємо 3D-модель вашого виробу, але і в подальшому надамо послуги з його виробництва!

Види 3D-принтерів

Хоча різноманітність видів 3D-принтерів постійно зростає, основні види 3D-принтерів можна розрізняти за такими характеристиками:

– ціна (від 500 USD і до 1 млн. доларів);

– спосіб друку (найбільш поширений спосіб − пошарове «нарощування» монолітного об’єкту, але існує ще і лазерне, а також порошкове запікання сировини для друку);

– матеріали для 3D-друку (нафтовий пластик − ABS, пластики рослинного походження − PLA, PLE, нейлон, гіпс, металевий порошок, бетон тощо).

Ось компанії-виробники 3D-принтерів – лідери ринку:

– EOS Electro-Optical Systems;

Популярність 3D-принтерів постійно зростає, у зв’язку з чим, ціни поступово знижуються. Але професійні 3D-принтери залишаються досить дорогими пристроями, висока технологічність яких вимагає спеціальних знань і умінь!

Застосування 3D-принтеру

Повертаючись до питання, що таке 3D-принтери і які області застосування 3D-друку, треба сказати, що сьогодні 3D-принтери настільки глибоко увійшли в наше життя, що їх використовують, як для створення пластикових шахових фігурок в домашніх умовах, так і в Голлівуді. Наприклад, для прототипування повноцінних моделей автомобілів віддаленого чи найближчого майбутнього, або навіть сучасних моделей − з метою економії коштів кінобюджету (найбільш відомий випадок – «друк» прототипу автомобіля AstonMartin DB-5 для останнього фільму про пригоди Джеймса Бонда). Що ще можна надрукувати на 3D-принтері?

Друк на 3D-принтері використовується в наступних сферах:

– медицина. Вчені створюють за допомогою 3D-принтерів окремі клітини людського організму і тестують нові препарати. Крім того, відомі випадки друку на 3D-принтері вставної щелепи, інших видів анатомічних протезів, а також суглобів, штучних нирок, печінки, трахеї, клітин шкіри, судин і навіть нервової тканини(!);

– кіно (об’єкти надруковані для кіноіндустрії часом виглядають набагато реалістичніше, ніж комп’ютерна графіка і коштують дешевше, ніж справжні декорації (автомобілів, елементів інтер’єру, копій антикварних або футуристичною меблів і коштовностей і под.);

– архітектура. Вже сьогодні архітектори готові до того, щоб за допомогою 3D-принтеру будувати фантастичні будівлі з піску і спеціального сполучного елементу не тільки на Землі, але і на інших планетах нашої Сонячної системи;

– реклама і маркетинг. Неможливо уявити дану сферу без 3D-друку. Реальні прототипи виробів створюються швидко і коштують недорого. Раніше подібна робота виконувалася вручну, що займало набагато більше часу, зараз, завдяки перенесенню конструювання в електронну форму, процес створення виробу з нуля подешевшав.

Завдяки 3D-друку, фахівці у даній сфері можуть максимально ефективно досліджувати ринок, озброївшись готовими зразками-прототипами виробів. Важливим моментом є і той факт, що дизайнери ще на етапі розробки можуть оцінювати функціональність і зовнішній вигляд виробу, а значить − швидко вносити в дизайн-концепт необхідні корективи.

Технології 3D-друку стануть в нагоді тоді, коли необхідні:

• прототипування форми нового продукту, який потрібно наочно презентувати та затвердити у Замовника (наприклад, це може бути оригінальний футляр для IPhone, а також прототип будівлі, упаковки або транспортного засобу);

• створення деталей механізму: у такому випадку 3D-друк допоможе замінити загублені або зламані деталі, щоб уникнути великих витрат на покупку нового виробу або комплекту деталей. Це може бути деталь поламаної іграшки або кришка литого диску автомобіля, загублена в дорозі. Таким чином, за допомогою 3D-принтеру ми можемо відсканувати і роздрукувати для вас деталь будь-якої складності;

• друк прототипу для створення силіконових форм (або прес-форм з інших матеріалів), які будуть використані для лиття невеликої партії однакових виробів (дрібносерійне виробництво);

• друк декоративних виробів (предмети побуту, вази, фігурки казкових персонажів, збірні (у т. ч. декоративні) вироби тощо).

Крім описаних вище професійних областей застосування 3D-друку, існують інші напрямки для повсякденного використання даної технології. Так, з допомогою 3D-принтеру можна:

• надрукувати навчальний макет для освітньої або будь-якої іншої установи (від моделі танка, до прототипів органів людини);

Принципи роботи 3D-принтеру

Технологія 3D-друку ґрунтується на пошаровому нарощуванні полімерів. Однак це не всі способи 3D-друку. Також існує:

1. Лазерне спікання порошків. Сам порошок доставляється у принтер за допомогою обертового валу і рівномірно розподіляється по всій поверхні для друку. Зайвий матеріал 3D-принтер видаляє, але пізніше знову використовує для нанесення наступного шару. Варто зазначити, що високу точність даного способу забезпечує нерухомість деталей. Але є в такому способі є один істотний мінус – низька якість (негладкість) поверхні об’єкту, яка вимагає обов’язкового доопрацювання.

2. Стереолітографія. Такий принцип роботи схожий на попередній, але має деякі відмінності. По-перше, цей принцип роботи 3D-принтеру найчастіше використовують. По-друге, він заснований на впливі лазерного променя на фотополімерну смолу. У місцях контакту склад твердне, а згодом додається ще один шар фотополімеру і процес повторюється. Надлишки складу 3D-принтер видаляє, а потім повторно використовує.

3. Склеювання порошків. Цей принцип роботи максимально простий – крохмально-целюлозний порошок, а разом з ним і клей на водній основі, надходять на голівку струменевого принтера. Клей зв’язує порошок і формує контури моделі, а для додання виробу міцності, його порожнини заливаються рідким воском.

4. Струменеве моделювання (в даному випадку принтер використовує два види матеріалів – підтримуючі і моделюючі). В якості підтримуючого матеріалу найчастіше використовують віск, а ось список моделюючих матеріалів досить довгий. В основному, це матеріали близькі за своїми властивостям та особливостям до конструкційних термопластів.

Процес полягає в одночасному нанесенні підтримучого і моделюючого матеріалу, після чого відбувається фотополімеризація, а далі − механічне вирівнювання. Даний спосіб дозволяє створювати, як тверді вироби, так і м’які. У другому випадку присутня схожість матеріалу вироби з гумою.

Переваги 3D-друку

– швидкість (вручну створення реальної моделі в залежності від складності роботи може займати до місяця часу і більше. Технологія 3D-друку дозволить зробити це за один день);

– ціна (цінова політика безпосередньо залежить від складності моделі, а також використовуваного матеріалу. З упевненістю можна сказати, що 3D-друк буде коштувати на порядок дешевше, ніж ручне або автоматичне виробництво 3D-моделі);

– функціональність (об’єкт, виготовлений 3D-принтером можна використовувати відразу після виготовлення, але не варто забувати про те, що за допомогою 3D-принтеру можна поставити на потік дрібносерійне виробництво).

Підводячи підсумки переваг використання 3D-принтеру, треба зазначити, що завдяки оптимальному співвідношенню ціни і якості, всі недоліки моделі, виявлені на етапі її прототипування, можна швидко і з незначними витратами усунути; а також створити відразу кілька варіацій прототипів одного і того ж продукту.

Якщо Вам необхідний 3D-друк, міжнародне брендингове агентство KOLORO максимально якісно, швидко і недорого надасть вам таку послугу! При цьому, наша ціна на 3D-друк буде починатися від 4 гривень за 1 см. куб. об’єму. Ми завжди використовуємо індивідуальний підхід до клієнта, а це значить, що ціна буде розраховуватися в залежності від складності виробу і інших обумовлених з вами деталей співпраці.

Зауважте, якщо у інших ціна менша за нашу, можливо вони використовують для друку менш якісні матеріали,або друкують свої об’єкти на непрофесійному обладнанні.

Для індивідуального розрахунку вартості 3D-друку вашого виробу вам необхідно надіслати нам 3D-зображення графічної моделі у форматі STL (даний формат широко використовується для швидкого протипування) або замовити у нас створення 3D-моделі, в таких програмах, як 3DEngineering, SolidWorks, 3DStudioMax або ін. Ми володіємо високими технологіями в області 3D-друку, що допомагає нам успішно виконувати роботи будь-якої складності.