Twardziel?
To oczywiste, że drukowanie w technologii SLA pozwala na uzyskanie bardzo szczegółowych i dokładnych części o gładkiej powierzchni. Jednocześnie SLA jest powoli wykorzystywana do bardziej zróżnicowanych zastosowań, ponieważ dostępna jest większa różnorodność żywic. Mimo to, gdy wymagane są wytrzymałe i funkcjonalne części, drukowanie SLA nie jest zwykle technologią, do której należy sięgnąć.
Dlaczego? Cóż, to prawda, że większość standardowych żywic jest stosunkowo krucha w porównaniu z innymi materiałami do drukowania 3D i nie jest zalecana do części poddawanych naprężeniom lub do użytku na zewnątrz, chociaż na rynku są twarde i trwałe żywice opracowane specjalnie do mocniejszych zastosowań i mogą być naprawdę mocne.
W tym artykule przyjrzymy się bliżej tym wytrzymałym żywicom do drukowania 3D i pokażemy, jak mocne mogą być naprawdę.
Mocna ale delikatna
Podczas gdy technologia druku 3D FDM wykorzystuje tradycyjne przemysłowe tworzywa sztuczne, takie jak ABS i poliwęglan (PC), drukarki 3D SLA wymagają specjalnych żywic fotopolimerowych, które twardnieją (utwardzają się) po skierowaniu na nie światła UV. Większość żywic do druku 3D to żywice epoksydowe lub akrylowe, przy czym ta ostatnia jest częściej używany w drukarkach desktopowych.
Wiele osób uważa, że części drukowane w technologii SLA 3D są delikatne i najlepiej nadają się do drukowania ozdób i prototypów, a nie do elementów funkcjonalnych. Ale dzieje się tak tylko wtedy, gdy żywica nie jest odpowiednio dobrana. Biorąc to pod uwagę, jeśli kupujesz zwykłą żywicę do druku elementów przeznaczonych do środowiska ciężkiej pracy nie osiągniesz zamierzonego efektu .
Przykłady super mocnych żywic można znaleźć w wielu różnych branżach. Istnieją żywice do odlewania do produkcji biżuterii i druku 3D w dziedzinie stomatologii do produkcji ochraniaczy jamy ustnej, koron i przewodników chirurgicznych. Istnieją również żywice odporne na wysokie temperatury, które nadają się do różnych zastosowań przemysłowych, a nawet żywice, z których można wytwarzać części podobne do gumy.
Skoncentrujmy się na najmocniejszych dostępnych żywicach i dowiedzmy się, jak twarde są one w rzeczywistości w porównaniu z innymi materiałami do druku 3D FDM.
Wytrzymałość w liczbach
Zacznijmy od krótkiego omówienia właściwości mechanicznej, która silnie wiąże się z wytrzymałością materiału, zwaną wytrzymałością na rozciąganie. Wytrzymałość na rozciąganie definiuje się jako maksymalne naprężenie, które dany materiał może wytrzymać podczas rozciągania przed pęknięciem.
Jak sugeruje definicja, wartości wytrzymałości na rozciąganie są zwykle mierzone za pomocą testu rozciągania, który jest zgodny z rygorystycznymi międzynarodowymi procedurami, dzięki czemu wyniki można stosować na całym świecie. Im wyższa wytrzymałość na rozciąganie, tym mocniejszy jest materiał ze względu na to, ile naprężeń może wytrzymać.
Najpierw przyjrzyjmy się, jak standardowe żywice do druku 3D wypadają w porównaniu z żywicami sprzedawanymi jako twarde. Następnie porównamy te twardsze żywice z popularnymi materiałami FDM, takimi jak ABS, PLA i PETG.
Żywice Standardowe vs Tough
Standardową żywicą wybraną jako nasz punkt odniesienia była kolorowa żywica UV firmy Anycubic, ponieważ jej drukarka Photon SLA jest jedną z najpopularniejszych na rynku.
Z powyższego wykresu jasno wynika, że żywice Tough są mocnieksze w porównaniu ze materiałami Standard. W rzeczywistości trzy żywice wybrane do tego porównania – Formlabs Tough 2000, Hard-Tough eSun i „Blu” firmy Siraya Tech – wykazują prawie dwukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu z żywicą Anycubic. (Linia twardych żywic Formlabs, w tym 2000, jest zastrzeżona i może być używana tylko z najnowszymi drukarkami Formlabs.)
Tylko dlatego, że żywica jest twarda, nie oznacza to, że wydruki wykonane z tych żywic będą dwa razy mocniejsze niż wydrukowane przy użyciu standardowej żywicy. Inne czynniki, takie jak projekt modelu i ustawienia drukowania, odgrywają ważną rolę w wytrzymałości ostatecznego wydruku, którą omówimy bardziej szczegółowo później.
Niemniej jednak porównanie wytrzymałości na rozciąganie jest prostym sposobem określenia, który materiał jest mocniejszy, a z danych podanych przez producentów jasno wynika, że te żywice są znacznie twardsze niż standardowe. Ale jak te wytrzymałe żywice radzą sobie z innymi tworzywami sztucznymi produkowanymi do użytku na drukarki 3D FDM?
Żywice Tough kontra materiały FDM
Aby odpowiedzieć na to pytanie, zwracamy się do Stefana Hermana z kanału CNC Kitchen na Youtube, który opracował metodę testowania, w której haczyk drukowany w 3D jest rozciągany aż do pęknięcia, symulując test wytrzymałości na rozciąganie.
Stefan konsekwentnie testował różne materiały tą metodą, a wyniki zostały przedstawione na powyższym wykresie. W filmie, w którym testuje żywicę Siraya „Blu”, Stefan odkrył, że twarda żywica Siraya była mocniejsza niż niektóre materiały FDM, takie jak ABS i ASA, chociaż nie tak mocna jak PLA i PETG.
Więcej niż materiał
Chociaż właściwości materiału w dużym stopniu określają wytrzymałość danego wydruku, istnieją inne ważne czynniki, które mogą wpływać na właściwości mechaniczne.
Projekt i geometria
Sposób zaprojektowania wydruku ma duży wpływ na jego wytrzymałość. Na przykład pewien komponent można wzmocnić, przydzielając więcej materiału do obszarów, w które będą bardziej narażone na obciążenia. Swoboda projektowania, jaką daje druk 3D, oznacza, że często używane są narzędzia obliczeniowe, takie jak optymalizacja topologii, która automatyzuje ten proces.
Parametry druku 3D
Sposób wykonania części zależy również od tego, jak dobrze może ona wytrzymać siły zewnętrzne. W kontekście drukowania 3D jest to określane przez ustawienia drukowania zdefiniowane podczas dzielenia na części. Powszechnie wiadomo, że wyższe wysokości warstw mają silny wpływ na wytrzymałość części FDM i dotyczy to również wydruków SLA.
Chociaż w druku SLA dość powszechną procedurą jest wydrążenie modeli w celu zaoszczędzenia materiału, nie dotyczy to części funkcjonalnych. Większość slicerów FDM obejmuje kilka opcji gęstości wypełnienia i wzoru, aby skrócić czas materiału i drukowania, ale są one rzadko spotykane w przypadku SLA. Mimo to, slicer ChiTuBox innej firmy zawiera te funkcje, które zapewniają możliwość zwiększenia wytrzymałości przy jednoczesnej optymalizacji wykorzystania materiału.
Anizotropowy a izotropowy
Anizotropia występuje wtedy, gdy właściwość fizyczna obiektu lub materiału ma inną wartość, gdy jest mierzona w różnych kierunkach. Dzieje się tak w przypadku drukowania 3D, gdy obiekty drukowane w technologii FDM wykazują różne właściwości materiału w zależności od kierunku budowy części. Dokładniej, wtedy powstaje mniejsza przyczepność między warstwami w osi Z, co powoduje mniejszą siłę ciągnięcia w porównaniu z osią X lub Y. Jak widać na powyższym obrazku, gdy obciążenie zostanie przyłożone do wydruku FDM, który nie jest zorientowany lub wymodelowany w sposób uwzględniający anizotropię, może pęknąć.
W przypadku druku SLA jest jednak odwrotnie, ponieważ żywica jest izotropowa. Podczas swoich testów z Siraya’s Blu Stefan zweryfikował to, pokazując eksperymentalnie, że części są jednakowo mocne niezależnie od kierunku budowy. Formlabs również doszedł do tego samego wniosku, który omówiono w artykule na temat właściwości izotropowych drukowania SLA.
Ciężki wybór
Biorąc pod uwagę wszystko, czego się nauczyliśmy, mamy nadzieję, że jasne jest, że wybierając odpowiednią żywicę, druk 3D SLA może tworzyć wydruki równie mocne, jak FDM.
Syn Słoweńca Mateja Vlašiča, Nik, urodził się z porażeniem mózgowym i nie mógł samodzielnie stać ani chodzić. Pan Vlašič stworzył wykonane na zamówienie ortezy stawu skokowego (AFO) dla firmy Nik i użył drukarki 3D Formlabs SLA, aby wydrukować je w rzeczywistości. Po około roku prac, ostateczny projekt pozwolił Nikowi chodzić w ciągu kilku dni.
Podobnie jak wiele urządzeń ortotycznych, AFO muszą być wystarczająco mocne, aby zapewnić wsparcie, jednocześnie wytrzymując ciężar całego ciała podczas ruchu. Pan Vlašič użył trwałej żywicy Formlabs, która okazała się zarówno wytrzymała, jak i wygodna, nawet przez długie okresy użytkowania.
Od tego sukcesu pan Vlašič założył firmę Animake. On i jego zespół zapewniają leczenie diagnostyczne i drukowane w 3D urządzenia ortopedyczne, które pomagają innym dzieciom potrzebującym niestandardowych AFO.
Źródło: https://all3dp.com/
