Természetes, hogy a gyanta 3D nyomtatás rendkívül részletgazdag és pontos alkatrészeket hoz létre nagyon szép felületi kidolgozással. Ugyanakkor lassan egyre változatosabb alkalmazásokra is használják, mert egyre többféle gyantával lehet dolgozni. Azonban, amikor kemény és funkcionális alkatrészekre van szükség, a gyanta nyomtatás általában nem az elsődleges technológia.
Miért van ez? Nos, igaz, hogy a legtöbb standard gyanta viszonylag törékeny más 3D nyomtatási anyagokhoz képest, és nem ajánlott terhelt alkatrészekhez vagy kültéri használathoz. Azonban vannak olyan kemény és tartós gyanták a piacon, amelyeket speciálisan erősebb alkalmazásokhoz fejlesztettek ki, és valóban nagyon erősek.
Ebben a cikkben részletesebben megvizsgáljuk ezeket a kemény 3D nyomtatási gyantákat, és megmutatjuk, milyen erősek is lehetnek valójában.
Erős, de édes
Míg az FDM 3D nyomtatási technológia hagyományos ipari műanyagokat, például ABS-t és polikarbonátot (PC) használhat , a gyanta 3D nyomtatókhoz speciális fotopolimer gyantákra van szükség, amelyek UV fényben megkeményednek. A legtöbb 3D nyomtatási gyanta vagy epoxi alapú vagy akrilát alapú, utóbbit gyakrabban használják asztali nyomtatókban is.
Sokan úgy gondolják, hogy a műgyanta 3D nyomtatott alkatrészek törékenyek, és a leginkább alkalmasak díszítési és prototípus-készítési alkalmazásokhoz, nem pedig funkcionális és teherhordó alkatrészekhez. De ez csak akkor igaz, ha a gyanta nincs megfelelően kiválasztva. Ennek ellenére, ha általános gyantát vesz egy kemény munkához, az nem fogja megadni azt az erőt, amit keres.
Szupererős gyantára számos iparágban találhatunk példákat. Vannak önthető gyanták ékszerek készítéséhez és 3D nyomtatáshoz a fogászat területén szájvédők, koronák és sebészeti eszközök előállításához. Vannak olyan magas hőmérsékletű gyanták is, amelyek különböző ipari alkalmazásokhoz alkalmasak, sőt olyan gyanták is, amelyek gumiszerű alkatrészeket készíthetnek .
Fordítsuk a hangsúlyt a rendelkezésre álló legerősebb gyantákra, és derítsük ki, hogy valójában mennyire kemények más FDM 3D nyomtatási anyagokkal összehasonlítva.
Erő a számokban
Kezdjük azzal, hogy röviden áttekintünk egy mechanikai tulajdonságot, amely erősen kapcsolódik az anyag szilárdságához. A szakítószilárdságot úgy definiálják, mint azt a maximális feszültséget, amelyet egy adott anyag törés előtti nyújtás közben elvisel.
Ahogy a definíció is sugallja, a szakítószilárdsági értékeket általában szigorú nemzetközi eljárásokat követő húzópróbával mérik, így az eredmények világszerte felhasználhatók. Minél nagyobb a szakítószilárdság, annál erősebbnek tekinthető az anyag, mivel mekkora feszültséget tud elviselni.
Először is nézzük meg, hogy a szabványos 3D nyomtatási gyanták hogyan viszonyulnak a keményként forgalmazott gyantákhoz. Ezután összehasonlítjuk ezeket a keményebb gyantákat az olyan általános FDM anyagokkal, mint az ABS , PLA és PETG .
Standard vs. Tough Resin
A referenciaként kiválasztott standard gyanta az Anycubic színes UV gyanta volt.
A fenti grafikonon jól látható, hogy a szívós gyanták mennyivel erősebbek a szabványhoz képest. Valójában az összehasonlításhoz kiválasztott három gyanta – a Formlabs Tough 2000 , az eSun’s Hard-Tough és a Siraya Tech „Blu” – csaknem kétszeres szakítószilárdságot mutat az Anycubic gyantájához képest. (A Formlabs kemény gyantacsaládja, beleértve a 2000-et is, szabadalmaztatott, és csak a legújabb Formlabs nyomtatókkal használható .)
Csak azért, mert a gyanta szívós, ez nem jelenti azt, hogy az ezekből a gyantákból készült nyomatok kétszer olyan erősek lesznek, mintha szabványos gyantával nyomtatnák őket. Más tényezők, például a modell tervezése és a nyomtatási beállítások fontos szerepet játszanak a végső nyomat erősségében, amelyeket később részletesebben tárgyalunk.
Mindazonáltal a szakítószilárdság összehasonlítása egyszerű módszer annak meghatározására, hogy melyik anyag erősebb, és a gyártók által megadott számok alapján egyértelmű, hogy ezek a gyanták sokkal keményebbek, mint a hagyományos standard gyanták. De hogyan állnak ezek a kemény gyanták az FDM 3D nyomtatók által használt más műanyagokkal szemben?
Kemény gyanták kontra FDM anyagok
A kérdés megválaszolásához Stefan Hermanhoz fordulunk a CNC Kitchen YouTube-csatornától , aki kifejlesztett egy tesztelési módszert, amelyben egy 3D nyomtatott horgot törésig nyújtanak, szimulálva a szakítószilárdsági húzópróbát.
Stefan következetesen különböző anyagokat tesztelt ezzel a módszerrel, és az eredmények a fenti grafikonon láthatók. Egy videóban, amelyben a Siraya „Blu” gyantát teszteli , Stefan úgy találta, hogy a Siraya szívós gyanta erősebb, mint egyes FDM anyagok, például az ABS és az ASA.
Több mint anyag
Bár az anyag tulajdonságai nagymértékben meghatározzák az adott nyomat szívósságát, vannak más fontos tényezők is, amelyek befolyásolhatják a mechanikai teljesítményt.
Tervezés és geometria
A nyomat kialakításának módja nagyban befolyásolja annak erejét. Például egy bizonyos komponens megerősíthető, ha több anyagot rendelünk azokhoz a régiókhoz, ahol a feszültség koncentrálódik. A 3D nyomtatás által biztosított tervezési szabadság azt jelenti, hogy gyakran használnak olyan számítási eszközöket, mint a topológia optimalizálás , amely automatizálja ezt a folyamatot.
3D nyomtatási paraméterek
Az alkatrész gyártási módja attól is függ, hogy mennyire képes ellenállni a külső erőknek. 3D nyomtatás esetén ezt a szeletelés során megadott nyomtatási beállítások határozzák meg. Köztudott, hogy a nagyobb rétegmagasságok erősen befolyásolják az FDM alkatrész szilárdságát , és ez igaz a gyanta 3D nyomatokra is.
Míg ez egy meglehetősen gyakori eljárás az üreges modellekre történő gyantanyomtatásnál az anyagtakarékosság érdekében, ez nem vonatkozik a funkcionális alkatrészekre. A legtöbb FDM szeletelő többféle kitöltési sűrűséget és mintázatot tartalmaz az anyag- és nyomtatási idő csökkentése érdekében, de ezek ritkán láthatók a gyantanyomtatáshoz használt szeletelőkben . Ennek ellenére a harmadik féltől származó ChiTuBox szeletelő tartalmazza ezeket a funkciókat, amelyek lehetővé teszik a szilárdság növelését, miközben optimalizálják az anyagfelhasználást.
Anizotróp vs. izotróp
Az anizotrópia az, amikor egy tárgy vagy anyag fizikai tulajdonsága eltérő értékű, ha különböző irányokban mérik. Ez a 3D nyomtatásban történik, amikor az FDM technológiával nyomtatott objektumok az alkatrész építési irányától függően eltérő fizikai tulajdonságokat mutatnak. Pontosabban, kisebb tapadás jön létre a rétegek között a Z-tengelyen, ami kisebb húzóerőt eredményez az X- vagy Y-tengelyhez képest. Amint a fenti képen látható, ha súlyt helyeznek egy olyan FDM-nyomatra, amely nincs úgy orientálva vagy modellezve, hogy figyelembe vegye az anizotrópiát, az eltörhet.
A gyantanyomtatásnál azonban ennek az ellenkezője igaz, mivel a gyanta izotróp. A Siraya’s Blu-val végzett tesztelései során Stefan Herman ezt úgy igazolta, hogy kísérletileg kimutatta, hogy az alkatrészek ugyanolyan erősek, függetlenül az építési iránytól. A Formlabs is ugyanerre a következtetésre jutott, amelyet az SLA-nyomtatás izotróp tulajdonságáról szóló cikkükben tárgyalnak .
Nehéz cucc
A tanultak alapján reméljük, egyértelmű, hogy a megfelelő gyanta kiválasztásával az SLA 3D nyomtatás ugyanolyan erős nyomatokat tud készíteni, mint az FDM.
Ennek a következtetésnek az illusztrálására álljon itt egy inspiráló példa arra, hogy a gyanta hogyan képes erős, funkcionális és részletes alkatrészeket előállítani az ortopédia világában.
A szlovén Matej Vlašič fia, Nik agybénulással született, és nem tudott sem állni, sem járni segítség nélkül. Vlašič úr egyedi készítésű boka-láb ortézist (AFO) készített Nik számára, és egy Formlabs műgyanta 3D nyomtatót használt a valóságba való kinyomtatásukhoz. Körülbelül egy év fejlesztés után a végleges kialakítás lehetővé tette Niknek, hogy néhány napon belül járjon.
Sok ortotikus eszközhöz hasonlóan az AFO-knak is elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy támaszt nyújtsanak, miközben mozgás közben elviselik a teljes test súlyát. Vlašič úr a Formlabs tartós gyantáját használta , amely strapabírónak és kényelmesnek is bizonyult, még hosszú ideig tartó használat mellett is.
Ebből a sikerből Vlašič úr megalapította az Animake céget . Ő és csapata diagnosztikai kezelést és 3D nyomtatott ortopédiai eszközöket biztosít, amelyek segítenek más gyermekeknek, akiknek egyedi AFO-kra van szükségük.
Eredeti forrás: All3dp.com
