Как получить более прочные 3D-печатные детали

С помощью 3D-печати можно создавать прочные полимерные и металлические детали. Однако для некоторых применений деталей, напечатанных на 3D-принтере, может потребоваться гораздо большая прочность. Дизайн и выбор материала являются наиболее важными факторами, определяющими прочность напечатанной на 3D-принтере детали. Однако даже хорошо спроектированная деталь может показать слабость и выйти из строя, если игнорировать другие простые и важные методы повышения прочности.

Существуют различные методы укрепления 3D-отпечатков. Их можно разделить на три широкие категории:геометрия детали, настройки печати и постобработка.

Геометрия детали

Геометрия детали играет жизненно важную роль в определении прочности 3D-печати. Использование скруглений и фасок повышает механическую прочность кромок, а косынки и ребра обеспечивают структурную поддержку.

Использовать скругления или фаски

Скругления или фаски обеспечивают прочную основу для более тонких сечений в 3D-деталях. Они предотвращают сбивание соплами тонких деталей с отпечатка.

Использовать ребра и косынки

Ребра и косынки представляют собой тонкие выступы, перпендикулярно выступающие из стены или плоскости. Они обеспечивают поддержку и увеличивают прочность детали. Толщина ребер должна составлять половину толщины стенки, а расстояние между ними должно быть не менее двойной толщины стенки. Следует избегать крупных и высоких ребер; вместо этого следует использовать несколько маленьких ребер.

Настройки 3D-печати

Оптимальные настройки процесса 3D-печати необходимы для производства более прочных деталей. Эти настройки включают следующее.

Заполнение в 3D-печати

Заполнение просто относится к количеству материала внутри внешних стенок 3D-детали. Этот метод обычно используется в 3D-печати FDM для повышения прочности. Настройка заполнения выполняется двумя способами:шаблон заполнения и плотность заполнения.

Шаблон заполнения

Это повторяющаяся структура, которая заполняет пространство внутри напечатанной на 3D-принтере детали. Обычно он скрыт от глаз. Существует множество стилей узоров заполнения. Они включают; треугольный, архи, прямоугольный, сотовый или шестиугольный и концентрический. Схема заполнения Archi лучше всего подходит для круглых или закругленных деталей. Прямоугольный образец заполнения способен обеспечить 100% плотность детали благодаря параллельной и перпендикулярной сетке. Шестиугольный шаблон заполнения обеспечивает самое высокое соотношение прочности и веса, но его печать занимает больше всего времени.

Плотность заполнения

Заполнение 0% не имеет заполнения, а заполнение 100% дает полностью сплошную деталь. 100% заполнение делает самую прочную часть. Однако во многих случаях именно ненужное использование материала увеличивает вес и стоимость. Сотовый шаблон лучше всего подходит для процентов менее 50%, а прямолинейный шаблон лучше всего подходит для процентов выше 50%. Обычная плотность заполнения составляет от 20% до 25%.

Ориентация детали

Детали, напечатанные на 3D-принтере, наиболее прочны в плоскостях, параллельных корпусу сборки, потому что молекулярная связь в слое намного сильнее, чем адгезионные связи между слоями. Это плоскости X и Y. Хотя этот метод является общим для 3D-печати FDM, его можно использовать в других процессах, таких как SLA и SLS, для повышения прочности. Ориентация детали зависит от того, где в детали будет ощущаться нагрузка и давление.

Толщина оболочки

Это играет значительную роль в укреплении 3D-деталей. Более толстая оболочка делает деталь прочнее. Для FDM-печати толщина корпуса, в 3–4 раза превышающая диаметр сопла, лучше всего подходит для деталей, которые будут подвергаться тяжелым и длительным нагрузкам. В большинстве процессов 3D-печати используется стандартная минимальная толщина около 1 мм. Однако увеличение этого показателя улучшит прочность на растяжение и ударную вязкость. Подробную информацию о рекомендуемой толщине для других технологий 3D-печати можно найти в наших руководствах по проектированию.

Постобработка

Чтобы еще больше повысить прочность печатных деталей, вы также можете рассмотреть возможность постобработки. Следующие операции постобработки могут значительно повысить прочность 3D-печатных деталей.

Отжиг

Отжиг — это просто процесс нагрева напечатанной на 3D-принтере детали и ее постепенное охлаждение, чтобы снять внутренние напряжения, в результате чего деталь становится более прочной. В то время как металлы и стекло можно отжигать, не все полимеры можно отжигать. Для отжига подходят такие материалы, как PLA, PET и PA 12.

Гальваническое покрытие

Гальваника — это послепечатная техника, при которой деталь погружают в раствор воды и солей металлов. Когда через раствор пропускают ток, катионы металлов образуют вокруг детали тонкое покрытие. Этот метод можно применять к 3D-деталям с принтеров FDM, SLS, SLA или SCM. Это придает детали механические свойства, почти идентичные металлическим деталям, и поэтому является гораздо более дешевой альтернативой 3D-печати металлом для нескольких приложений.

Однако детали с гальваническим покрытием все еще являются пластиковыми внутри, поэтому, если их нагреть до температуры, превышающей температуру размягчения внутреннего пластика, внутренняя прочность будет потеряна; даже если внешний металл не плавится. Для гальванического покрытия можно использовать несколько металлов, таких как цинк, хром, никель, медь и т. д. Перед гальванопокрытием важно загрунтовать 3D-деталь, чтобы создать проводящую поверхность, к которой металл будет прилипать. Для грунтовки обычно используется графит.

Смоляное покрытие

Эпоксидные или полиэфирные смолы можно использовать для покрытия 3D-печатных деталей. Эпоксидное покрытие представляет собой нерастворимое поверхностное покрытие, наносимое эпоксидной краской. Краска содержит два химических вещества; эпоксидная смола и отвердитель. Полученное покрытие обычно более прочное и прочное, чем детали без покрытия. Однако эпоксидное покрытие не подходит, если для детали требуется исключительная геометрическая точность и острые края. С другой стороны, полиэфирные смолы тонкие и могут быть нанесены на сложные детали. Смола начинает затвердевать через 5 минут после нанесения, а полное высыхание обычно занимает 24 часа. Полимерное покрытие можно нанести на любую деталь любого принтера.

Армирование углеродным волокном

Углеродные или стеклянные волокна также можно использовать для усиления трехмерных деталей. Углеродное волокно имеет отличное соотношение прочности и веса и лучше всего подходит для деталей, эксплуатируемых в условиях постоянной нагрузки. В отличие от углерода, стеклянные волокна гнутся до разрушения. Волокна можно ламинировать двумя способами:

• Армирование короткими волокнами

В этом методе волокна измельчаются и смешиваются с термопластом для повышения прочности и жесткости.

• Армирование непрерывным волокном

В этом методе волокно должно непрерывно интегрироваться в термопласт по мере его экструзии и осаждения. Этот метод требует двух сопел для одновременной печати.

Заключение

В Xometry Europe мы предлагаем различные варианты усиления деталей, напечатанных на 3D-принтере, по запросу клиентов. Просто зайдите на нашу платформу мгновенного расчета стоимости, загрузите свои модели, выберите варианты и вуаля:ваша высокопрочная напечатанная на 3D-принтере деталь будет доставлена ​​вам всего через несколько дней.