Полное руководство по самым прочным материалам для 3D-печати и их долговечности

Силу и выносливость часто путают. Стекло (натронная известь) — прочный материал; после закалки он имеет почти такую же прочность на изгиб, как и алюминий, но при этом он легче и столь же жесткий. Несмотря на это, мы не делаем самолеты из стекла, а вместо этого у нас есть такие идиомы, как «стеклянный замок» и «стеклянная пушка», которые обозначают хрупкость. Причина в прочности:стекло, как и большинство керамических материалов, не прочное. Стекло примерно в 40 раз менее прочное, чем алюминий, и эта недостаточная прочность делает его непрактичным во многих инженерных приложениях, поскольку оно не может перераспределять внутренние напряжения и выдерживать удары и динамические нагрузки.

В 3D-печати аналогичное явление происходит с двумя наиболее популярными нитями. Вы можете услышать, как кто-то говорит:«АБС прочнее, чем ПЛА», но это неправда. PLA значительно прочнее и жестче ABS (примерно в полтора раза в зависимости от конкретной нити). ABS более прочный, и именно эта прочность делает его желанным конструкционным материалом.

Но какой материал для 3D-печати самый прочный? Какой самый прочный материал? Когда дело доходит до 3D-печати, определение прочности или жесткости напечатанных на 3D-принтере деталей во многом зависит от выбранной технологии печати и материала, поскольку каждый из них предлагает разный баланс прочности на разрыв и ударопрочности.

В этом руководстве сравниваются механические свойства наиболее популярных материалов, включая PLA, ABS, нейлон, композиты из углеродного волокна, инженерные смолы для стереолитографии (SLA) и порошки селективного лазерного спекания (SLS), а также наиболее распространенные технологии 3D-печати (моделирование наплавлением (FDM), SLA и SLS) и другие факторы, влияющие на прочность материала.

Прочность имеет значение, когда вы печатаете функциональные детали, включая инструменты, приспособления, приспособления или что-либо еще, что должно выдерживать реальные нагрузки. Однако сила может означать разные вещи для разных людей. Когда деталь описывается как «прочная», это может означать, что она выдерживает большую нагрузку, сопротивляется ударам и переломам, а также сопротивляется теплу или условиям окружающей среды.

В материаловедении «прочность» имеет более узкое определение:это максимальное напряжение, которое деталь может выдержать, не сломавшись. «Напряжение» — это приложенная сила, деленная на площадь поперечного сечения детали для учета различий в геометрии. Еще одним важным свойством, связанным с реакцией материала на стресс, является жесткость. Жесткость — это величина удлинения или отклонения, вызванная данной единицей напряжения. Прочность и жесткость можно измерить при растяжении (прочность на растяжение) или при изгибе (прочность на изгиб). Прочность и жесткость будут наиболее важными свойствами для случая нагрузки, когда деталь должна выдерживать большую статическую нагрузку, например кронштейн. Не все нагрузки являются статическими, и есть другие свойства, которые характеризуют характеристики материала при более динамических нагрузках, например удары.

Когда мы говорим о «прочности» материалов, мы описываем способность материала поглощать энергию и пластически деформироваться без разрушения. Существует множество способов измерения прочности. Один из способов — измерить энергию, поглощенную молотом, качнувшимся на маятнике, или падающим грузом, что называется «силой удара». Эти измерения имеют единицы энергии (часто Дж, Дж/м или Дж/м2), в отличие от силы, которая измеряется в силе на площадь (обычно в Паскалях или фунтах на квадратный дюйм). Изод, Шарпи и Гарднер — три популярных стиля испытаний на удар. Прочность также можно охарактеризовать другими способами, например, измерением энергии, необходимой для распространения трещины. Прочность важна, когда вам нужна деталь, которая должна выдерживать экстремальные динамические нагрузки, например защитный корпус.

Прежде чем сравнивать материалы для 3D-печати, важно установить, что означают механические свойства, используемые для измерения прочности. В 3D-печати термин «прочность» часто является сокращением для комбинации следующих механических свойств:прочности на растяжение, ударной вязкости, прочности на изгиб, температуры теплового отклонения (HDT) и жесткости.

Прочность на разрыв измеряет сопротивление материала разрушению при растяжении. Это максимальное напряжение, которое материал может выдержать при растяжении или растяжении, прежде чем он выйдет из строя. Представьте себе, что вы тянете веревку за оба конца, пока она не деформируется или не порвется. Максимальная выдерживаемая сила, разделенная на площадь поперечного сечения, представляет собой предел прочности на разрыв.

Почему это важно: Высокая прочность на разрыв имеет решающее значение для деталей, которые висят, несут статические нагрузки или раздвигаются, например, подъемные крюки или кронштейны.

Измерение: Напряжение (сила на площадь), обычно в мегапаскалях (МПа)

Прочность на изгиб сопротивление материала разрушению под действием изгибающей нагрузки. Обычно это проверяется с помощью испытания на трехточечный изгиб, при котором образец поддерживается двумя стойками и нагружается посередине. При изгибе одна поверхность испытывает растягивающие силы, пытаясь растянуться, а противоположная поверхность испытывает сжимающие силы, когда она сжимается. Пластмассы обычно обладают очень хорошими свойствами при сжатии, а прочность на изгиб обычно выше, чем при нагрузке чистым растяжением.

Почему это важно: Высокая прочность на изгиб имеет решающее значение для деталей, которые должны выдерживать изгибающие усилия, таких как балки, рычаги, консольные кронштейны и рамы.

Измерение :Напряжение (сила на площадь), обычно в мегапаскалях (МПа)

Модуль упругости можно измерить в напряжении или сгибать.

Почему это важно: Жесткая деталь (высокомодульная) будет сохранять свою форму под нагрузкой, а гибкая деталь (низкомодульная) будет прогибаться или растягиваться. Для приспособления для установки сверла вам понадобится высокий модуль упругости, чтобы гарантировать, что расположение отверстия не сместится под нагрузкой. Для корпуса с защелками вам нужен баланс, достаточно гибкий, чтобы защелкнуться, но и достаточная жесткость, чтобы удерживать.

Измерение: Напряжение на единицу удлинения. Обычно ГПа или МПа, поскольку удлинение рассматривается как отношение начальной длины. Несмотря на то, что он имеет те же единицы измерения, что и прочность, он измеряет напряжение на процент удлинения:материалу с модулем упругости 1000 МПа требуется напряжение 10 МПа, чтобы удлиниться на 1% от его первоначальной длины.

Ударная прочность измеряет способность материала поглощать удары и внезапную энергию, не разрушаясь. Материал с высокой прочностью на разрыв, но низкой ударной вязкостью (например, стекло или стандартный PLA) считается «хрупким». Если вам нужна деталь, способная выдержать падение или удар, обратите внимание на высокую ударопрочность. Для ударопрочности по Изоду и Шарпи образцы могут быть либо «без надреза», либо «с надрезом», когда в детали вырезается небольшой V-образный надрез. Этот надрез служит отправной точкой для распространения трещин и значительно усложняет испытание.

Почему это важно: Крайне важно для защитных кожухов, деталей дронов, приспособлений, приспособлений, инструментов или предметов, которые могут упасть.

Измерение: Поглощенная энергия, деленная на толщину или площадь испытуемого образца (Дж/м) или кДж/м². Для ударопрочности по Гарднеру указывается только энергия.

HDT — температура, при которой полимер деформируется под определенной нагрузкой. HDT является предпочтительным способом сравнения температуры, при которой снижается грузоподъемность. Температура стеклования (Tg) иногда используется в качестве показателя HDT, и хотя она хорошо работает для аморфных термопластов, таких как ABS, Tg и HDT может сильно отличаться от HDT для полукристаллических материалов (нейлон, ПП) и термореактивных материалов, таких как смолы SLA.

Почему это важно: «Крепкие» детали бесполезны, если они коробятся в горячей машине или внутри корпуса с электроникой. Это актуально для деталей механических узлов, машин или деталей, используемых в жарких средах.

Измерение: Температура разрушения в градусах Цельсия (°C) при нагрузке 0,45 МПа или 1,8 МПа.

Прочность печати зависит не только от материала. Будь то FDM, SLA или SLS, технология печати определяет структурную целостность конечной детали. Фундаментальные различия заключаются в качестве печати, стоимости и разнообразии материалов.

FDM может производить прочные детали, но они анизотропны и, как правило, значительно слабее по оси Z.

Принтеры FDM изготавливают детали путем экструзии расплавленного пластика слой за слоем. Хотя связь внутри одного слоя (оси X и Y) прочная, связь между слоями (ось Z) значительно слабее, часто на 30–50 %.

Принтеры SLA используют лазер для отверждения жидкой смолы. Этот химический процесс создает ковалентные связи между каждым слоем по мере его формирования. В результате детали SLA изотропны:они обладают одинаковой прочностью по осям X, Y и Z.

Инженеры имеют больше свободы проектирования при использовании SLA, чем при использовании FDM. Вы можете сориентировать деталь для оптимального качества поверхности или скорости печати, не беспокоясь о том, что нагрузка, приложенная под «неправильным» углом, приведет к нарушению расслоения. Благодаря использованию передовых инженерных смол SLA может превзойти некоторые волокна FDM по прочности на разрыв и жесткости.

Вебинар

Узнайте, как Form 4 может обеспечить новый уровень производительности и инноваций благодаря своей непревзойденной скорости, точности и надежности.

Посмотрите вебинар прямо сейчас

Принтеры SLS используют мощный лазер для спекания термопластического порошка. Как и SLA, процесс спекания создает почти изотропные детали. Самым большим преимуществом 3D-принтеров SLS является то, что для печати им не требуются опорные конструкции.

SLS 3D-печать предлагает одни из самых прочных материалов для 3D-печати, включая ряд нейлоновых порошков.

Информационный документ

3D-принтеры Fuse Series SLS — это не просто принтеры, это целая экосистема для превращения файлов САПР в полнофункциональные детали конечного использования с использованием промышленных термопластов.

Прочтите информационный документ

Сравните варианты материалов, чтобы определить самый прочный материал для 3D-печати для конкретного применения. Дополнительные рекомендации даны для самых прочных и термостойких материалов для 3D-печати FDM, SLA и SLS.

В то время как материалы подразделяются на самые прочные, прочные и термостойкие, поликарбонат (ПК) справляется со всеми этими задачами.

Поликарбонат (ПК) — это самый прочный материал потребительского класса, доступный до перехода к дорогим промышленным полимерам, таким как PEEK и PEKK. Это тот же материал, который используется в пуленепробиваемых стеклах и защитных щитах. При FDM-печати он обеспечивает значительный прогресс как в термостойкости, так и в ударной прочности по сравнению с ABS и нейлоном. Это сложный материал для печати, и его часто смешивают с другими материалами, чтобы облегчить печать, что также снижает прочностные характеристики.

Плюсы :Чрезвычайная прочность (ударостойкость), очень высокая термостойкость, оптическая прозрачность (в определенных полупрозрачных смесях) и высокая прочность на разрыв.

Минусы: Трудно печатать (требуется очень высокая температура сопла ~270–310 °C), гигроскопичен (поглощает влагу) и склонен к сильному короблению и расслоению без обогреваемого корпуса.

Прочность на разрыв: Высокая (60-70 МПа). Он прочнее нейлона и АБС-пластика, способен выдерживать значительные нагрузки.

Жесткость: Умеренный (2–2,5 ГПа). Похож на ABS, но не такой жесткий, как PLA.

Ударная сила: Очень высокий. ПК, пожалуй, самая прочная и негибкая нить. Он выдерживает многократные тяжелые удары молотком, не разбиваясь.

Теплостойкость: Отлично. Благодаря температуре HDT ~110–130 °C он остается жестким в средах, где PLA и ABS размягчаются.

Подходит для: Высокотемпературные функциональные детали, автомобильные компоненты (под капотом), электрические шкафы и прозрачные прочные крышки.

В целом, если ваш 3D-принтер может выдерживать тепло, необходимое для печати, поликарбонат — лучший выбор для деталей, которые должны быть прочными и термостойкими.

Нить, армированные углеродным волокном (CF-Nylon/CF-PETG)

Нити из углеродного волокна обычно представляют собой базовый пластик (например, нейлон, PETG или ABS), наполненный рублеными или измельченными углеродными волокнами. Эти наполнители повышают жесткость материала, но обычно не повышают значительно прочность на разрыв, если только не используются более длинные рубленые волокна, которые могут вызвать засорение сопел. Добавление наполнителя из углеродного волокна уменьшает коробление таких материалов, как ПК и нейлон. Когда наполнители добавляются к аморфным материалам, таким как ABS, PC и PETG, HDT приводит к минимальным улучшениям, тогда как добавление наполнителей к нейлону может привести к тому, что HDT будет чуть ниже температуры обработки материала.

Плюсы: Чрезвычайная жесткость (высокий модуль), высокая стабильность размеров (лучше сопротивляется короблению, чем основной материал), легкий вес, хорошее качество поверхности.

Минусы: Абразивный (для печати требуется сопло из закаленной стали), дорогой и может быть более хрупким и трудным для печати, чем неармированный основной материал.

Прочность на разрыв: Высокая (50-100+ МПа в зависимости от основания). Прочность может быть выше, чем у основы с длинными волокнами при большей нагрузке, а вот с мелкими волокнами прочность может снизиться.

Жесткость: Экстремальные (3 – 6 ГПа) волокна предотвращают растяжение пластика, значительно уменьшая прогибы под нагрузкой.

Ударная сила: Умеренно-хорошо. Несмотря на свою прочность, повышенная жесткость означает, что он поглощает меньше энергии, чем чистый нейлон, прежде чем выйти из строя.

Теплостойкость: Отлично. Волокна помогают детали сохранять форму при нагревании, часто повышая температуру теплового отклонения выше, чем у основного пластика, и достигая 150–160 °C.

Подходит для: Детали конструкций, рамы дронов, автомобильные компоненты, приспособления и приспособления, где жесткость имеет решающее значение.

Нить из углеродного волокна в целом являются самой прочной нитью для 3D-принтеров, доступной для FDM, с точки зрения жесткости и структурной жесткости.

PEEK (полиэфирэфиркетон)

PEEK принадлежит к семейству высокоэффективных термопластов PAEK и широко считается одним из самых прочных полимерных материалов. Часто используемый в аэрокосмической и медицинской имплантации, он служит законной легкой заменой металла.

Плюсы: Чрезвычайная химическая стойкость, биосовместимость (безопасна для имплантатов), превосходное соотношение прочности и веса и огнестойкость

Минусы: Чрезвычайно дорогой (часто сотни долларов за кг), требует специализированных промышленных принтеров (температура сопла ~400 °C или выше, температура камеры ~100 °C или выше) и сложен в обработке.

Прочность на разрыв: Крайние (90-100 МПа). PEEK приближается по прочности к некоторым алюминиевым сплавам, но при этом значительно легче.

Жесткость: Очень высокий (3,5-4,5 ГПа) ПЭЭК – один из самых жестких ненаполненных полимеров.

Ударная сила: Высокий. Он невероятно прочен и хорошо противостоит усталости и растрескиванию.

Теплостойкость: Улучшенный. Он выдерживает непрерывное использование при температуре до 260 °C (при отжиге), что делает его пригодным для деталей двигателей и клапанов аэрокосмической отрасли.

Подходит для: Замена металлов, компоненты аэрокосмической отрасли, медицинские имплантаты и оборудование для химической обработки

В общем, PEEK — это высокоэффективный материал для промышленного машиностроения.

ПЕКК (полиэфиркетонкетон)

PEKK является близким родственником PEEK, но его часто предпочитают при 3D-печати, поскольку его немного легче обрабатывать. Его молекулярная структура обеспечивает более медленную скорость кристаллизации, что снижает внутренние напряжения, вызывающие коробление во время процесса печати.

Плюсы: Меньшее коробление при печати, чем у PEEK, превосходная адгезия слоя, исключительная химическая и термостойкость, низкое выделение газов (критически важно для космического применения).

Минусы :Чрезвычайно дорогой, требует высокотемпературного промышленного оборудования, требует отжига (обжига) для раскрытия полных тепловых свойств.

Прочность на разрыв: Очень высокая (80-93 МПа). Хотя его исходное растяжение иногда немного ниже, чем у PEEK, он часто демонстрирует лучшую прочность на сжатие.

Жесткость: Высокий (2,5–4 ГПа), немного менее жесткий, чем PEEK, но все же более жесткий, чем большинство ненаполненных полимеров.

Ударная сила: Высокий. Как и PEEK, он прочный и прочный, подходит для суровых условий.

Теплостойкость: Улучшенный. Как и PEEK, он выдерживает температуры выше 150 °C и до ~250 °C и более после отжига.

Подходит для: Детали аэрокосмической отрасли (из-за низкого выделения газов), компоненты нефтегазовой отрасли и детали конструкций, где PEEK слишком сильно деформируется.

ПЕКК часто является самой прочной и надежной альтернативой PEEK при производстве деталей, которые могут деформироваться.

PLA (полимолочная кислота)

PLA является материалом по умолчанию для большинства принтеров FDM. Он легко печатает и производит жесткие детали с хорошей детализацией, но с низкой общей долговечностью.

Он имеет среднюю и высокую прочность на разрыв (50–60 МПа), часто выше, чем ABS или PETG. Однако эта прочность обманчива, поскольку PLA чрезвычайно хрупок.

Плюсы: Высокая жесткость, легко печатать, доступная цена.

Минусы: Очень низкая ударопрочность, низкая термостойкость (деформируется при температуре около 50 °C), биоразлагаем (может разлагаться под действием УФ/влаги).

Сила: Предельная прочность на разрыв высокая (53 МПа).

Жесткость: PLA с высоким содержанием (2,5–3,5 ГПа) очень жесткий и меньше прогибается под нагрузкой, чем ABS или PETG.

Прочность: Ударная вязкость очень низкая:показатель Изода с надрезом составляет 16 Дж/м. PLA хрупок; при ударе он разбивается, а не сгибается.

Теплостойкость: Низкий. PLA размягчается при температуре ~55–60 °C, что делает его непригодным для использования при высоких температурах. PLA часто можно отжигать так же, как PEKK и PEEK, для улучшения термических свойств за счет дополнительной кристаллизации полимера. PLA, прошедший термообработку таким образом, будет иметь термостойкость около 110–130 °C.

Подходит для: Эстетичные модели, ненесущие прототипы, быстрые модели, похожие на модели.

В целом PLA хорош для жестких статичных объектов (например, подставки для ручек), но слишком хрупок для прочных функциональных механических деталей.

PETG (полиэтилентерефталат, модифицированный гликолем)

PETG — это модифицированная версия обычного ПЭТ-материала, который используется для изготовления бутылок для воды и упаковки для пищевых продуктов и имеет номер «1» в качестве кода переработки. Полимерная основа PETG модифицирована для улучшения технологичности, что делает его пригодным для таких применений, как литье под давлением и 3D-печать.

PETG — одна из наиболее широко используемых нитей для 3D-печати.

Плюсы: Прочнее, чем PLA, но на нем гораздо легче печатать, чем на ABS или нейлоне.

Минусы: На отпечатках могут быть «нитчатые» артефакты.

Прочность на разрыв: Высокий – (45-55 МПа). Близок к PLA.

Жесткость: Умеренное–высокое (2,0–3,0 ГПа). Жестче, чем ABS, и почти такое же жесткое, как PLA.

Ударная сила: От низкой до умеренной; обычно выше, чем у PLA, но ниже, чем у ABS.

Теплостойкость :Низкий. Обычно ~70 °C

PETG предлагает универсальный вариант, который находится между PLA и ABS с точки зрения ударных и температурных характеристик.

АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол)

ABS является отраслевым стандартом для потребительских товаров, отлитых под давлением (например, кубиков LEGO®). При 3D-печати он обеспечивает сбалансированный профиль прочности. Он имеет меньшую прочность на разрыв, чем PLA (~34-36 МПа), но значительно более высокую ударопрочность и пластичность.

Плюсы: Текучесть до разрушения (пластичный), выдерживает температуру до ~85 °C, выравнивается ацетоном.

Минусы: Склонен к короблению во время печати, выделяет канцерогенные пары, снижает прочность на разрыв.

Прочность на растяжение :ниже, чем у PLA, но достаточно для многих пластиковых деталей.

Жесткость: Умеренный.

Ударная сила: Умеренный. ABS лучше противостоит ударам, чем PLA, но имеет плохую адгезию слоев, что приводит к более легким трещинам в направлении Z.

Теплостойкость: Умеренный. Выдерживает температуру до ~85–95 °C.

Подходит для: Товары длительного пользования, корпуса, детали, требующие термостойкости.

ABS — распространенный ответ на вопрос, какая нить для 3D-принтеров самая прочная для общего использования, поскольку это надежный выбор для функциональных деталей, которые должны выдержать падение или жаркую среду. Но он выделяет дым, и его сложно печатать на бюджетных машинах.

Нейлон (полиамид)

Нейлон (полиамид) широко известен как один из самых прочных термопластов. В отличие от PLA (жесткого) или ABS (пластичного), нейлон предлагает уникальное сочетание прочности, гибкости и устойчивости к износу.

Нейлон является предпочтительным материалом для функциональных деталей, которым необходимо выдерживать повторяющиеся механические нагрузки, трение или усталость без разрушения. Оно самосмазывающееся, что делает его идеальным для зубчатых передач и движущихся частей. Свойства нейлона значительно различаются в зависимости от марки, и многие нити представляют собой смеси различных нейлонов, таких как PA6, PA12 и PA11.

Плюсы: Высокая ударопрочность, низкий коэффициент трения, отличная химическая стойкость и высокая усталостная прочность.

Минусы :Высокая гигроскопичность (быстро впитывает влагу из воздуха, портя отпечатки), склонна к короблению, требует высоких температур печати. Нейлоновые нити часто наполнены углеродным волокном, чтобы уменьшить усадку и облегчить печать на материале.

Прочность на разрыв: Высокая (40-80 МПа). Это сильно зависит от сорта и влажности. Сухой нейлон прочнее и жестче, но содержание влаги «пластифицирует» или смягчает материал.

Жесткость: От умеренного до низкого (1,5-2,0 ГПа). Обычно менее жёсткий, чем ABS.

Ударная прочность :Хорошо. Нейлон может быть более прочным, чем АБС-пластик, в зависимости от марки и содержания влаги в конечной детали.

Теплостойкость: Очень хорошо. В зависимости от конкретной смеси (PA6, PA12) он обычно выдерживает температуру до 120 °C и выше.

Подходит для: Шестерни, подшипники, шарниры, защелки и ручки для инструментов.

Нейлон — отличный выбор для прочных, ударопрочных деталей, требующих некоторой гибкости. На вопрос, какая нить для 3D-принтеров самая прочная для функциональных шестерен и петель, обычно ответом является нейлон.

В нить добавляют измельченное или фрезерованное стекло и углеродное волокно для повышения термостойкости, а также жесткости. Полиэфиримид (PEI) — один из таких материалов, попадающих в эту категорию. Нить PEI, широко известная как Ultem® (торговая марка), известна своей термостойкостью, прочностью и химической стабильностью.

Жесткая смола 10K

Rigid 10K Resin — самый жесткий материал в портфолио Formlabs. Этот материал также является одним из самых термостойких. Он наполнен стеклом и предназначен для имитации свойств термопластов, армированных стекловолокном. «10К» означает модуль упругости 10 000+ МПа. В руке ощущается как керамика или камень.

Плюсы: Чрезвычайная жесткость, гладкая матовая поверхность, высокая точность размеров, термостойкость.

Минусы: Очень хрупкий. Как и керамика, он разобьется, если его уронить или согнуть.

Прочность на разрыв: Очень высокая (88 МПа). Один из самых прочных материалов Formlabs.

Жесткость: Крайний (10 ГПа). Он сопротивляется деформации под нагрузкой лучше, чем любая другая смола. Прочнее, чем большинство нитей и порошков, даже с наполнителями из углеродного волокна.

Ударная сила: Очень низкий. Он почти не обладает пластичностью.

Теплостойкость: Экстрим. Выдерживает большие нагрузки при высоких температурах (HDT ~238 °C).

Подходит для: Пресс-формы, модели для аэродинамических испытаний, термостойкие промышленные детали и сварочные приспособления.

В целом, смола Rigid 10K — лучший выбор для деталей, которые не должны прогибаться или сгибаться, например, пресс-форм, приспособлений и штампов.

Смола Rigid 4000

Rigid 4000 Resin представляет собой стеклонаполненную смолу с модулем упругости 4000 МПа, что ниже, чем у Rigid 10K Resin. По прочности и жесткости он похож на PEEK (полиэфирэфиркетон). Он обеспечивает высокую жесткость, сохраняя при этом большую долговечность и прочность, чем керамическая смола Rigid 10K.

Плюсы: Жесткая и прочная, полированная поверхность, более высокая ударопрочность, чем у Rigid 10K Resin.

Минусы: Все еще хрупкий по сравнению с семейством Tough Resin, со временем становится абразивным для печати на резервуарах.

Прочность на разрыв: Высокая (69 МПа). Это прочный структурный пластик.

Ударная сила: Низкий. Он хрупкий, но с меньшей вероятностью разобьется, чем Rigid 10K Resin.

Теплостойкость: Умеренный. HDT составляет примерно 77 °C при давлении 0,45 МПа.

Подходит для: Тонкие стены, кронштейны, крепления, приспособления и приспособления, которым необходима жесткость, но которые могут подвергаться незначительным вибрациям.

В целом, смола Rigid 4000 представляет собой жесткий материал общего назначения, предлагающий компромисс между чрезвычайной жесткостью смолы Rigid 10K и долговечностью смол общего назначения.

Смолы общего назначения

Смолы общего назначения — это универсальные материалы с широким спектром пользовательских применений, включая создание прототипов формы и подгонки, моделей и реквизита, 3D-печатных мастеров или форм и многое другое.

Смолы общего назначения (включая, помимо прочего, цветную смолу, черную смолу, серую смолу, прозрачную смолу и белую смолу) — это универсальные смолы, жесткие и прочные, с модулем упругости около 2600 МПа в зависимости от цвета и протокола пост-отверждения.

Плюсы: Доступен в различных цветах, быстрая печать, хорошие тонкие характеристики, менее хрупкие, чем нити PLA, и сравнимы с PETG по прочности, но полностью анизотропны с лучшими свойствами в направлении Z.

Минусы: Не такой прочный и жесткий, как наполненные смолы, но и не такой прочный, как семейство Tough Resin или жесткие термопласты, такие как ABS. Дороже, чем нити общего назначения.

Прочность на разрыв: Высокий (~62 МПа)

Жесткость: Умеренный - Высокий (2600 МПа)

Ударная сила: Умеренный. Показатель Notched Izod, составляющий 32 Дж/м, выше, чем у смолы Rigid 4000.

Теплостойкость: Низкий. HDT составляет примерно 71 °C при давлении 0,45 МПа.

Подходит для: Сформируйте и подгоните прототипы, готовые к презентации модели, приспособления и приспособления.

Смола Tough 1000

Смола Tough 1000 — самая пластичная и ударопрочная из семейства смол Tough. Его формула имеет сопоставимую прочность с полиэтиленом высокой плотности (HDPE) или делрином (POM). Он имеет низкий модуль (жесткость) ~1000 МПа, что делает его невероятно прочным и износостойким. Как и другие смолы семейства Tough Resin, смола Tough 1000 названа в честь своего модуля упругости.

Плюсы: Чрезвычайная ударопрочность (самая высокая в семействе Tough Resin), высокое удлинение (180%), отличная износостойкость и гладкая поверхность с низким коэффициентом трения.

Минусы: Очень гибкий (не подходит для жестких деталей конструкции), пониженная термостойкость.

Прочность на разрыв: Низкий (26,3 МПа). Он поддается и растягивается, а не выдерживает большую статическую нагрузку.

Жесткость: Низкий. Один из самых податливых неэластомерных материалов в портфолио Formlabs.

Ударная сила: Экстрим. Имея надрез по Изоду 72 Дж/м, он конкурирует с промышленными термопластами, а благодаря высокой работе разрушения это, возможно, самая твердая смола для разрушения.

Теплостойкость: Низкий. HDT составляет примерно 55 °C при давлении 0,45 МПа.

Подходит для: Ударопрочные приспособления, сжимаемые прототипы, узлы с низким коэффициентом трения (например, шестерни и шаровые шарниры).

В целом, смола Tough 1000 — лучшая смола для прочных деталей, выдерживающих высокие падения.

Смола Tough 1500

Смола Tough 1500 — это эластичный материал, прочность, жесткость и вязкость которого сравнимы с полипропиленом (ПП), и обеспечивающий исключительную устойчивость к переломам, ударам и разрушению. Он имеет отличный баланс между жесткостью и пластичностью.

Плюсы: Находясь между смолами Tough 1000 и Tough 2000, он сочетает в себе высокую ударную вязкость, прочность и жесткость, а также безопасен при кратковременном контакте с кожей.

Минусы: Более низкая прочность на разрыв, чем у смолы Tough 2000, но при этом она не такая прочная и ударопрочная, как смола Tough 1000.

Прочность на разрыв: Умеренная (34 МПа). Он менее устойчив к тянущим усилиям, чем смола Tough 2000, но более пластичен.

Жесткость: От низкого до умеренного (1,5 ГПа). Несмотря на то, что он более жесткий, чем Tough 1000 Resin, он находится на более податливом конце спектра и сравним с некоторыми нейлоновыми материалами.

Ударная сила: Очень высокий. Благодаря высокой ударной вязкости по Гарднеру и работе разрушения он исключительно хорошо поглощает энергию, не разрушаясь.

Теплостойкость: От низкого до умеренного. HDT составляет около 66 °C при давлении 0,45 МПа.

Подходит для: Защелки, отводы, демпферы, застежки и пряжки, втулки саморезов и петли.

В целом, смола Tough 1500 лучше всего подходит для деталей, которым требуется сочетание жесткости и пластичности.

Смола Tough 2000

Смола Tough 2000 — самый прочный и жесткий материал в семействе смол Formlabs Tough Resin. Разработанный, чтобы конкурировать по свойствам с АБС-пластиком, полученным методом литья под давлением, он идеально подходит для функционального прототипирования, когда вам нужна деталь, которая будет прочной, держит форму, но не разобьется под нагрузкой и достаточно прочной для функциональных приспособлений и приспособлений.

Плюсы: Превосходный баланс жесткости и гибкости, устойчивость к циклическим нагрузкам (усталости), свойства аналогичны свойствам АБС-пластика, полученного литьем под давлением.

Минусы: Менее прочная, чем смолы Tough 1000 и Tough 1500.

Прочность на разрыв: Умеренный (40,4 МПа). Он достаточно прочный для функциональных приспособлений, приспособлений, механических соединителей и деталей, обычно отлитых под давлением из АБС-пластика.

Ударная сила: Высокий. Он обеспечивает высокую вязкость разрушения, что позволяет ему выдерживать падения и внезапные удары значительно лучше, чем стандартные смолы.

Теплостойкость: Умеренный. Его HDT составляет 70 °C при давлении 0,45 МПа.

Подходит для: Корпуса, приспособления и приспособления, а также функциональные прототипы, которые работают как ABS.

В целом, смола Tough 2000 идеально подходит для деталей, которые должны быть жесткими, но не хрупкими.

Высокотемпературная смола

Выбирайте High Temp Resin для печати подробных, точных прототипов и деталей конечного использования, требующих высокой термической стабильности, таких как формы и вставки, детали, подвергающиеся воздействию горячего воздуха, газа и потока жидкости, а также термостойкие крепления, корпуса и приспособления.

Высокотемпературная смола имеет самый высокий HDT среди всех смол Formlabs. Он разработан специально для обеспечения термической стабильности, что позволяет ему выдерживать нагрев в процессе формования или поток горячего воздуха/жидкости.

Плюсы: Чрезвычайная термостойкость (самая высокая в классе), точная детализация.

Минусы: Очень хрупкий (похожий на стекло), со временем впитывает влагу и с трудом поддается постотверждению.

Прочность на разрыв: Умеренный (~49 МПа). Подходит для удержания форм, но не для механической загрузки.

Жесткость: От умеренного до высокого (2,8 ГПа)

Ударная сила: Очень низкий. Детали разобьются при падении.

Теплостойкость: Улучшенный. Его HDT составляет 238 °C при давлении 0,45 МПа, что делает его одним из самых термостойких материалов для 3D-печати.

Подходит для: Molds and inserts, parts exposed to hot air, gas, and fluid flow, as well as heat-resistant mounts, housings, and fixtures.

Overall, High Temp Resin is a specialty material used almost exclusively for applications where standard plastics would melt or deform.

Nylon 12 Powder

A 3D printed drone frame in Nylon 12 Powder is strong and lightweight.

Nylon 12 Powder is the industry's gold standard for SLS. It offers a versatile balance of strength, stiffness, and detail, with very low moisture absorption. It is the easiest powder to print with, reliably producing parts with tight tolerances and complex geometries.

Pros: Excellent dimensional accuracy, easy to print, balanced mechanical properties, and has a good refresh rate.

Cons: Less ductile than Nylon 11 Powder. It is stiffer and will snap sooner if bent aggressively.

Tensile strength: High (50 MPa). It offers excellent general-purpose structural strength suitable for most engineering tasks.

Stiffness: Moderate (1.9 GPa)

Impact strength: Moderate (32 J/m Notched Izod). While tough, it is significantly less impact-resistant than Nylon 11 Powder or Nylon 12 Tough Powder.

Heat resistance: Отлично. It withstands temperatures up to 171 °C @ 0.45 MPa.

Подходит для: High-detail prototypes, permanent jigs and fixtures, housings, and general end-use parts.

Overall, Nylon 12 Powder offers the best balance of printability and performance for general prototyping and production where extreme ductility isn't required.

Nylon 12 Tough Powder

Drone parts can be SLS 3D printed in Nylon 12 Tough Powder.

Nylon 12 Tough Powder is a specialized formulation designed to offer improved ductility and toughness while providing the same versatility and easy workflow as standard Nylon 12. It is less brittle than standard Nylon 12 Powder and offers the best refresh rate in the industry (reusing up to 80% of old powder).

Pros: High ductility (flexes without breaking), excellent dimensional accuracy (reduced warping), and very cost-effective due to low refresh rate.

Cons: Lower tensile strength than standard Nylon 12 Powder. Lower heat resistance under heavy mechanical loads.

Tensile strength: Moderate (42 MPa). While slightly weaker than standard Nylon 12 Powder (50 MPa), it makes up for this with flexibility.

Stiffness: Low to Moderate (1.5 GPa)

Impact strength: Good (60 J/m Notched Izod). It absorbs shock well and is ideal for parts that need to snap or bend.

Heat resistance: Отлично. It withstands temperatures up to 161 °C @ 0.45 MPa, though it softens at lower temperatures under high loads (HDT @ 1.8 MPa is 46°C).

Подходит для: Snap-fit enclosures, ratchets, hinges, functional prototypes, and long parts susceptible to warping.

Overall, Nylon 12 Tough Powder is the go-to powder for difficult geometries that tend to warp, or for parts that need more flexion than standard Nylon 12 Powder.

Nylon 12 GF Powder

Nylon 12 GF Powder can print high tolerance threads, sockets, and moving elements within the part.

Nylon 12 GF Powder is a glass-filled composite material designed for applications where stiffness and thermal stability are critical. By incorporating glass beads into the standard Nylon 12 base, this powder produces parts that are significantly stiffer and flatter than unreinforced nylon, making it ideal for maintaining structural rigidity under load or heat.

Pros: High stiffness (high tensile modulus), excellent thermal stability (high HDT), and produces very flat parts with minimal warping.

Cons: More brittle than unfilled Nylon 12; abrasive to post-processing equipment over time.

Tensile strength: Moderate (38 MPa). While the raw tensile breaking point is slightly lower than pure Nylon 12, it resists stretching (deformation) much better.

Stiffness: Moderate to high (2.8 GPa).

Impact strength: Low to Moderate (23 J/m Notched Izod). The glass reinforcement adds rigidity at the cost of ductility, meaning it is more likely to snap than bend under sudden impact.

Heat resistance: Отлично. It offers improved heat deflection compared to standard Nylon 12 (175 °C @ 0.45 MPa), maintaining its shape better in hot environments.

Подходит для: Stiff housings, fixtures, tooling, threads, and parts requiring high sustained load-bearing capacity without creeping.

Overall, Nylon 12 GF Powder is the choice for stiff and stable parts. It is the go-to material when you need the printability of Nylon 12 but require increased rigidity.

Nylon 11 Powder

Nylon 11 Powder is a high-performance, bio-based material tailored for parts that need to bend and flex without snapping. While standard nylons are tough, Nylon 11 Powder offers superior ductility and impact resistance, making it the ideal choice for applications where the part might be dropped, twisted, or subjected to sudden shocks.

Плюсы: Exceptional ductility (40% elongation at break), high impact strength, and excellent long-term stability. It is bio-based (derived from castor oil) and ideal for thin features.

Cons: Can be more prone to warping than Nylon 12 Powder parts if not oriented correctly; printing in an inert nitrogen atmosphere is recommended for the best material properties and refresh rate.

Tensile strength: High (49 MPa). It holds heavy loads well but is defined by its ability to stretch before failing.

Stiffness:Low to moderate (1.6 GPa)

Impact strength: Very high (71 J/m Notched Izod). It absorbs energy efficiently, making it one of the most shatter-resistant powders available.

Heat resistance: Отлично. It has an HDT of 182 °C @ 0.45 MPa.

Подходит для: Snap-fits, living hinges, orthotics, prosthetics, and thin-walled ducts that need to withstand abuse.

Overall, Nylon 11 Powder is the specialist choice for durability and performance. If your part needs to survive real-world impacts or constant flexing, this is the material to use.

Nylon 11 CF Powder

Nylon 11 CF Powder is the strongest and most heat-resistant material in the Formlabs SLS material library. By reinforcing Nylon 11 Powder with carbon fiber, this material bridges the gap between plastic and metal. It offers the high impact resistance of Nylon 11 Powder combined with the extreme stiffness of carbon fiber, resulting in parts that are rigid, lightweight, and capable of handling repeated structural loading.

Pros: Excellent strength-to-weight ratio, extreme stiffness (high modulus), and superior thermal stability.

Минусы: Requires printing with an inert nitrogen atmosphere; parts are rigid and will not yield much before breaking compared to unfilled nylon.

Tensile strength: Very high (69 MPa). It is significantly stronger than standard nylons and resists deformation under heavy loads.

Stiffness: Up to 5.3 GPa, but depends on part orientation since the fiber aligns with the X-axis.

Impact strength: High (74 J/m Notched Izod). Unlike many carbon-fiber filaments that become brittle, this powder retains the underlying toughness of Nylon 11 Powder, resisting shattering well.

Heat resistance: Отлично. It has an HDT of ~188 °C @ 0.45 MPa, making it suitable for under-hood automotive applications and high-temp tooling.

Подходит для: Metal replacement, high-impact equipment, aerodynamic components, and rigid jigs and fixtures.

Overall, Nylon 11 CF Powder is the top-tier choice for structural parts that need to be stiff, light, and heat-resistant all at once.

Depending on what strength means to your use case:

Impact resistance (parts that will be dropped or hammered): Choose Tough 1000 Resin (SLA) for prototyping impact-resistant parts, and Nylon 11 Powder (SLS) for end-use impact-resistant parts. Tough 1000 Resin is chemically designed to absorb high-energy impacts. Nylon 11 Powder is the superior choice for ductility if you need parts like living hinges or orthotics that must bend repeatedly and stretch significantly without ever snapping.

Highest strength (load bearing): Choose CF-Nylon (FDM), Rigid 10K Resin (SLA), or Nylon 11 CF Powder (SLS). These offer the highest tensile strengths, making them strong enough to replace metal components in structural applications.

Stiffness (parts that must not bend): Choose Rigid 10K Resin (SLA), CF-Nylon (FDM), or Nylon 12 GF Powder (SLS). Rigid 10K Resin provides glass-like stiffness (10 GPa modulus) for precision tooling, while Carbon Fiber reinforced Nylons (both FDM and SLS) offer extreme structural rigidity for lightweight functional parts.

Heat resistance: Choose High Temp Resin (SLA), Rigid 10K Resin (SLA), or PEEK (FDM). For pure heat deflection (resisting deformation at ~238 °C), the SLA resins are superior. For continuous use in harsh chemical/hot environments, PEEK is the industrial standard. In SLS, Nylon 11 Powder and Nylon 12 GF Powder are excellent "mid-range" heat performers, handling ~170–180 °C, which is significantly higher than standard ABS or tough resins.

Overall, balanced strength profile: Choose ABS/ASA (FDM), Tough 2000 Resin (SLA), or Nylon 12 Powder (SLS). These offer the best balance of performance and price.

FDM: ABS is the reliable, affordable standard for basic functional FDM prints.

SLA: Tough 2000 Resin is best for simulating ABS properties with a smooth surface finish.

SLS: Nylon 12 Powder is the gold standard for functional, end-use production parts that need to last.

Interactive

Need some help figuring out which 3D printing material you should choose? Our new interactive material wizard helps you make the right material decisions based on your application and the properties you care the most about from our growing library of resins.

Recommend Me a Material

Choosing the optimal material and technology to produce a strong part is only half of the equation. Factors such as printing infills, layer height, orientation, and post-processing will also dictate the final mechanical performance.

In addition to material choice, the following factors greatly impact part performance.

A hollow part is obviously weaker than a solid one. Generally, higher infill density increases strength, but requires more material and, especially in FDM 3D printing, more time to print.

General recommendation for stronger parts when printing with FDM 3D printers:

50% infill for moderate loads

80–100% infill for structural parts

The infill pattern for FDM 3D printing also plays a big role in strength. Cubic or gyroid patterns offer high strength, while rectilinear or grid patterns are generally weaker. Therefore, to make strong parts, the general recommendation is cubic or gyroid patterns.

The shell (wall) thickness often contributes more to part strength than infills. Increasing your wall count from two to four usually adds more strength than jumping from 50% to 80% infill.

General recommendation for stronger parts:

FDM:three to five perimeters for functional parts

SLA:0.2 mm minimum wall thickness

SLS:0.6 mm (vertical) and 0.3 mm (horizontal) minimum wall thickness

As discussed, FDM parts are anisotropic, so print orientation is one of the biggest factors for FDM 3D printing strength. SLA and SLS parts are isotropic, so print orientation doesn’t compromise structural integrity.

General recommendations for stronger parts:

FDM:Weakest between layers (Z-axis), therefore orient parts so the mechanical load runs along the layer lines, not across them. For example, if printing a hook, print it lying flat on its side, not standing up.

Because SLA and SLS prints are isotropic, parts can be oriented to reduce print time or to minimize support marks for SLA, without compromising structural integrity.

Post-processing 3D printed parts can have a high impact on performance.

In FDM, materials like PLA and Nylon can be annealed (baked) in an oven. This re-crystallizes the polymer chains, potentially increasing strength and heat resistance, though it can cause dimensional shrinkage.

In SLA, UV curing is required for resin prints to achieve full strength. An uncured or green part has significantly lower tensile properties.

In SLS, post-processing techniques such as vibratory tumbling and vapor smoothing can improve surface hardness.

Interactive

Try our interactive ROI tool to see how much time and cost you can save when 3D printing on Formlabs 3D printers.

Calculate Your Savings

There is no single strongest material. For pure tensile strength and stiffness, carbon fiber reinforced nylon (FDM) or Rigid 10K Resin (SLA) are top contenders. For impact strength and durability, Nylon 12 Tough Powder (SLS) or Tough 2000 Resin (SLA) are superior.

Carbon fiber reinforced nylon and polycarbonate (PC) are widely considered the strongest filaments available for prosumer FDM printers. PEEK and PEKK are stronger but require expensive industrial high-temperature printers.

Formlabs’ wide range of engineering resins delivers high tensile strength and stiffness. Some suggestions include:

Tough 2000 Resin provides strength and stiffness comparable to ABS.

Tough 1500 Resin provides strength, stiffness, and toughness comparable to polypropylene (PP).

Tough 1000 Resin provides strength, stiffness, and toughness comparable to HDPE.

Rigid 10K Resin provides comparable stiffness to glass and fiber-filled thermoplastics.

Rigid 4000 Resin provides comparable stiffness to PEEK and PEKK thermoplastics.

High Temp Resin provides thermal stability up to 238 °C @ 0.45 MPa.

Overall, for stiff, load-bearing parts, Rigid 10K Resin (glass-filled) is the strongest. For parts that need to survive drops and impacts, Formlabs Tough 1000 Resin is the strongest option.

Nylon 11 CF Powder is the best-performing SLS powder when it comes to strength. It is a carbon fiber-filled material, perfect for applications that require both superior stiffness and strength. It produces lightweight, strong parts that remain structurally stable even at elevated temperatures.

Resins are generally more brittle than standard filaments like PLA or ABS. However, engineering resins can outperform filaments in metrics like stiffness and tensile strength, while offering the added benefit of isotropic (uniform) strength and smoother surface finish.

They can be as strong as molded plastics when printed with the right technology, material, and orientation.

FDM nylon and carbon fiber reinforced composites filaments, SLA Tough Resin Family, and SLS Nylon powders are top choices.

Да. More infill means stronger parts, especially with strong outer walls.

SLA and SLS parts printed in engineering resins can reach similar strength to injection-molded plastics.

Plastic 3D prints are generally weaker than machined aluminum or steel. However, for metal-like strength, you can use SLS printers to print Nylon 11 CF Powder, which is incredibly robust, or SLA 3D printers to print parts in Rigid 10K Resin to replace tools such as aluminum molds for injection molding, or SLA casting resins to produce casting molds for metalmaking.

There is no single strongest 3D printing material because no single material excels in every category. The strongest part is the one that survives the intended application and environment. By understanding the difference between tensile strength (pulling) and impact resistance (shattering), and by leveraging the isotropic advantages of SLA and SLS technologies for complex geometries, you can produce parts that rival traditional manufacturing.

Strongest 3D Printing Materials Based on Print Technology

FDM

PAEK (PEKK and PEEK)

PLA

Polycarbonate

Explore the Formlabs Materials Library to find the optimal material for yourself, or request a free sample part to evaluate Formlabs materials for yourself.

Compare materials to determine the best material for your application or contact a 3D printing expert.

Результаты Formlabs Tough Challenge:победители, вторые места и смолы-рекордсмены Пошаговое руководство по производству высокопроизводительных компонентов из углеродного волокна

3D печать

Производственный процесс

3D печать

Система управления автоматикой

Промышленные технологии