Cik izturīgas ir 3D drukātas detaļas?

Pēdējos gados 3D druka no prototipu izgatavošanas metodes ir kļuvusi par spēcīgu dizaina un ražošanas rīku. Tagad tā tiek izmantota aviācijā, automobiļu rūpniecībā, medicīnā, būvniecībā, pētniecībā, kā arī dažādu instrumentu un iekārtu detaļu izgatavošanā. Bet cik izturīgas patiesībā ir 3D drukātās detaļas reālos apstākļos? Vai tās patiešām var aizstāt detaļas, kas ražotas ar tradicionālajām metodēm?

3D drukāto detaļu izturība ir atkarīga no vairākiem faktoriem: izmantotā materiāla, 3D drukāšanas metodes, detaļas dizaina un pēcapstrādes. Šajā rakstā aplūkosim katru no šiem aspektiem tuvāk.

Cik izturīgas ir 3D drukātās detaļas? Faktori, kas ietekmē to izturību

3D drukāto detaļu izturība atšķiras atkarībā no materiāla, drukāšanas tehnoloģijas, dizaina un pēcapstrādes.

Aplūkosim šos aspektus sīkāk.

1. Materiāla izvēle

Cik izturīgas ir 3D drukātās detaļas?

Detaļu izturība ir atkarīga no materiāla. Daži materiāli nodrošina lielāku izturību, bet citi mazāku. Daži ir elastīgāki, citi – ne tik ļoti.

Apskatīsim dažus populārākos materiālus, ko izmanto 3D drukai.

• PLA jeb polilaktīds. Drukāšanas ziņā ērts. Viegli lietojams 3D drukā, bet trausls. Tāpēc PLA nav piemērots lietošanai augstas slodzes apstākļos. Taču PLA ātri drukājas un labi saglabā detalizētību. To bieži izmanto produktu dizaina maketos, arhitektūras modeļos, mēroga modeļos un nefunkcionālos inženiertehniskos prototipos. PLA bieži izmanto arī vienkāršu sadzīves priekšmetu un dekoratīvu objektu veidošanā.

• ABS un PETG ir triecienizturīgi un karstuma izturīgi materiāli. ABS un PETG ir izturīgāki, nekā PLA, tāpēc tie ir labāk piemēroti funkcionālām un mehāniskām detaļām. PETG bieži izmanto elastīgu, bet izturīgu detaļu, piemēram, eņģu, skavu, dažādu savienojumu un velosipēda piederumu izgatavošanā. ABS ir lielisks dažādu patēriņa preču (piemēram, tastatūras taustiņu, telefonu vāciņu, aizsargvāku) un instrumentu (urbju vadotņu, veidņu, stiprinājumu) izgatavošanai.

• Neilons, polikarbonāts un oglekļa šķiedras kompozīti ir vieni no izturīgākajiem 3D drukas materiāliem. Tie ir daudz stiprāki un elastīgāki nekā visi iepriekš uzskaitītie materiāli. Tie ir ideāli piemēroti funkcionālai un mehāniskai lietošanai. Šie augstas veiktspējas materiāli izceļas sarežģītos mehāniskos apstākļos, kur nepieciešama izturība, elastība un ilgmūžība. Dronu rāmji, rūpniecisko iekārtu detaļas, konstrukciju pastiprinājumi, savienotāji un stiprinājumi, kā arī velosipēdu detaļas (piemēram, pedāļi un stūres) bieži tiek izgatavoti no neilona, polikarbonāta un oglekļa šķiedras kompozītiem.

• Metāla 3D druka ir veids, kā izgatavot ļoti izturīgas detaļas. Metāla 3D drukā tiek izmantoti tādi materiāli kā titāns, alumīnijs vai nerūsējošais tērauds. Šīs 3D drukātās metāla detaļas pēc izskata un īpašībām ļoti līdzinās tradicionāli mehāniski apstrādātām vai lietām detaļām. Metāla 3D drukas detaļas izmanto dzinēju komponentos, siltummaiņos, izpūtējos, dažādos stiprinājumos, robotikā un automatizācijā.

1.1 Kāds ir labākais materiāls 3D drukai?

Materiāla izvēle ir atkarīga no paredzētā detļas pielietojuma.

Polikarbonāts ir viens no izturīgākajiem un karstumizturīgākajiem materiāliem, padarot to piemērotu nestspējīgām detaļām, aizsargelementiem un augstas veiktspējas komponentiem, lai gan tā drukai nepieciešams augstas temperatūras printeris.

Neilons ir lielisks risinājums izturīgām, elastīgām detaļām, piemēram, zobratiem, eņģēm un dronu sastāvdaļām, jo tas ir izturīgs pret nodilumu un slodzi.

Oglekļa šķiedras kompozītmateriāli piedāvā lielisku stingrību un formas noturību detaļām, kurām nepieciešams apvienot augstu izturību ar nelielu svaru, padarot tos īpaši piemērotus lietošanai robotikā, autoindustrijā un aeronautikā.

Ja nepieciešama maksimāla izturība un karstumizturība, metāla 3D druka ir vislābākā izvēle, lai gan tā ir dārgāka un prasa specializētu aprīkojumu.

PETG ir lieliska izvēle funkcionāliem izstrādājumiem, kuriem nepieciešama noturība pret laikapstākļiem, turklāt to ir vieglāk drukāt nekā neilonu vai polikarbonātu.

Iesācējiem, mākslai vai nefunkcionālām detaļām, piemēram, prototipiem un modeļiem, PLA ir īstā izvēle tā lietošanas vienkāršības un kvalitatīvas drukas dēļ. Ja nav nepieciešama izturība un karstumizturība, izvēlieties PLA.

Novērtējot 3D drukāto detaļu izturību, ir svarīgi atzīt arī citas 3D drukas priekšrocības – ātrumu, dizaina elastību, izmaksu efektivitāti un samazinātu ražošanas atkritumu daudzumu.

Kopumā nopietniem mehāniskiem lietojumiem vislabāko veiktspēju nodrošina tādi materiāli kā polikarbonāts, neilons, oglekļa šķiedras kompozīti un metāls, savukārt PETG un PLA ir labāk piemēroti vispārējām vai vienkāršākām vajadzībām.

2. 3D drukas tehnoloģijas izvēle

Cik izturīgas ir 3D drukātās detaļas?

3D drukāšanas tehnoloģijas veids arī būtiski ietekmē detaļas izturību:

• Ar FDM tehnoloģijas palīdzību veidotām detaļām var būt vāja starpslāņu saķere, kas var izraisīt atslāņošanos slodzes ietekmē. Tas ir kritiski svarīgi detaļām, kurām nepieciešama augsta izturība, tāpēc ir nepieciešamas konstruēšanas stratēģijas saķeres uzlabošanai, piemēram, slāņu kontakta laukuma palielināšana vai tādu materiālu izmantošana, kas uzlabo saķeri.

• SLA tehnoloģija nodrošina izcilu virsmas apdari, bet rezultātā detaļas var būt trauslas. SLA izmanto lāzeru, lai sacietinātu šķidros sveķus, tādējādi izgatavojot detalizētas un gludas detaļas. Tomēr šīm detaļām bieži vien trūkst stingrības, kas ir trūkums, īpaši ja nepieciešams, lai detaļas būtu triecienizturīgas. Lai ražotu izturīgākas detaļas ar šo tehnoloģiju, lietotājiem ir jāapsver paredzētais detaļu lietojums, un, iespējams, būs jāiekļauj konstrukcijas elementi vai jāizvēlas sveķi, kas palielina izturību.

• SLS un MJF tehnoloģijas nodrošina izcilu mehānisko izturību, printēšanā izmantojot Powder Bed Fusion metodi jeb sakausējot vai sacietinot smalku pulveri slāni pa slānim ar siltuma avotu. Šis process rada detaļas ar vienādu blīvumu un izturību, kas ir ideāli piemērots funkcionāliem prototipiem un galaproduktu detaļām. Ar šīm divām tehnoloģijām var veidot sarežģītas ģeometrijas bez atbalsta konstrukcijām, tādējādi uzlabojot detaļu universālumu un veiktspēju.

• DMLS un citas metāla aditīvās ražošanas metodes ļauj izgatavot ļoti izturīgas metāla detaļas. DMLS izmanto metāla pulverus, lai radītu sarežģītas detaļas ar izcilām mehāniskām īpašībām, kas piemērotas sarežģītiem lietojumiem kosmosa, automobiļu un medicīnas nozarēs. Šis process ievērojami samazina materiālu zudumus un ļauj izstrādāt mazsvara, bet sarežģītas konstrukcijas.

3. Dizaina īpatnības un drukāšanas virziens

3D druka piedāvā lielu dizaina elastību, kas ļauj veidot pielāgotas un efektīvas detaļas, samazinot materiālu patēriņu, detaļas svaru un ražošanas izmaksas. Tas ir īpaši noderīgi nozarēs, kur svara samazināšana ir būtiska, piemēram, aviācijā un medicīnā.

Tomēr jāatceras, ka tas, kādā virzienā detaļa tiek drukāta, var ietekmēt tās izturību.

Īpaši tas ir svarīgi FDM drukas metodē, kur detaļa tiek veidota pa slāņiem. Ja šie slāņi nav labi savienoti vai ir novietoti tā, ka slodze uz tiem iedarbojas no sāniem, tie var atdalīties un detaļa var salūzt. Tas ir īpaši svarīgi, ja detaļa tiek pakļauta lielam spiedienam vai vērpei.

Lai izvairītos no šīs problēmas, drukāšanas laikā jāpiešķir īpaša uzmanība detaļas orientācijai. Izmantojot modernu griešanas programmatūru, pielāgojot orientāciju un pievienojot atbalsta struktūras, var uzlabot detaļas izturību.

Pēcapstrādes metodes, piemēram, stiprināšana vai vulkanizācija, arī var uzlabot 3D drukāto detaļu mehāniskās īpašības.

4. Drukāto 3D detaļu pēcapstrāde

Pēcapstrāde uzlabo 3D drukāto detaļu izturību un funkcionalitāti.

Pēcapstrādes tehnikas kā termiskā apstrāde, infiltrācija un metāla stiprinājumi būtiski uzlabo detaļu mehānisko veiktspēju, padarot tās piemērotas prasīgām un intensīvām darba vides situācijām.

Termiskā apstrāde ir detaļas pakļaušana augstām temperatūrām, lai uzlabotu izdrukātās detaļas īpašības, piemēram, mehānisko izturību, izmēru stabilitāti vai virsmas kvalitāti. Šāda apstrāde ir svarīga, jo 3D izdrukāšanas procesā iegūtās detaļas var nebūt pilnīgi stabilas vai izturīgas, īpaši, ja izmanto termoplastus vai citus materiālus, kas pieprasa papildu apstrādi, lai iegūtu optimālus rezultātus.

Metāla stiprinājumu ievadīšana palielina detaļas izturību un nodilumizturību. Papildu pēcapstrādes metodes, piemēram, pulēšana un smilšu strūklas apstrāde, var uzlabot virsmas apdari, izturību pret koroziju un padarīt detaļas pievilcīgākas.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka Perfecttio pašlaik nepiedāvā pēcapstrādes pakalpojumus, un detaļas tiek piegādātas tieši tādā stāvoklī, kādā tās iznāk no 3D printera.

Mēs piedāvājam augstas kvalitātes 3D drukas pakalpojumus – gan prototipu izgatavošanai, gan mehānisko detaļu drukāšanai. Neatkarīgi no projekta sarežģītības nodrošinām precīzu un uzticamu 3D drukāšanu, izmantojot plašu materiālu klāstu. No idejas līdz gatavam produktam – garantējam augstu precizitāti, izturību un tehnisko kvalitāti. Sazinieties ar mums jau šodien!