Sind 3D-gedruckte Teile stark?

3D-Drucker erstellen Objekte auf additive Weise und machen das Teil so stark wie seine schwächste Schicht. Sie sind normalerweise schwächer als die meisten anderen Technologien, wie z. B. Frästechniken, Spritzguss- oder Harzgießtechniken.

Es gibt viele Anwendungen, bei denen wir die Strukturfestigkeit berücksichtigen müssen. Aufgrund der Funktionsweise der Fused Deposition Modeling (FDM)-Technologie sind die Teile, die wir erhalten, nicht so stark wie ihre jeweiligen Spritzgussgegenstücke.

Verzweifeln Sie jedoch nicht, es gibt eine Reihe von Überlegungen, die wir in unsere Designs und Konfigurationen einbeziehen können, um diesen Nachteil zu mindern.

Wir können diese Schwächen reduzieren, indem wir die richtige Extrusionstemperatur einstellen, einen höheren Füllungsprozentsatz einstellen, dickere Wände bauen, das richtige Material auswählen und das Teil richtig auf der Bauplatte ausrichten.

Warum sind 3D-gedruckte Teile schwächer?

Die additive Technik, mit der ein 3D-Drucker Objekte erstellt, neigt im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren dazu, schwächere Teile auszugeben, da eine Kunststoffschicht über der anderen aufgetragen wird, die sich miteinander verbindet.

Wenn wir uns nicht die Zeit nehmen, die Einstellungen unseres Drucks richtig zu konfigurieren, setzen wir uns bereitwillig der Herstellung von Teilen mit schwacher Schichthaftung aus.

Niedrige Temperaturen, stark unterschiedliche Temperaturen zwischen jeder Schicht und der vorherigen und andere Faktoren können zu einer sehr schlechten Haftung und insgesamt schwachen Teilen führen.

Subtraktive Fertigung, wie zum Beispiel Fräsen, hat dieses Problem nicht, da sie mit einem festen Rohmaterial beginnen, das in die gewünschte 3D-Form geschnitzt wird.

Wir können auch ein Objekt durch Spritzguss herstellen. Bei dieser Technik wird ein geschmolzenes Material in eine Form gespritzt, wo es abkühlt und aushärtet und dabei die Form des Hohlraums annimmt. Dieser Prozess gibt feste und starke Teile aus.

Jetzt, da Sie um die inhärente Schwäche eines 3D-Druckers wissen, verspüren Sie vielleicht den Drang, Ihr neu erworbenes Gerät in den Müll zu werfen. Bevor Sie das tun, würde ich dringend empfehlen, den Rest des Artikels zu lesen und einige einfache Möglichkeiten zu lernen, um Ihre Teile stärker zu machen.

Wir sollten auch bedenken, dass die meisten unserer Teile nicht zum Bau der neuesten Rakete von SpaceX verwendet werden. Wir können es uns leisten, ein etwas schwächeres Baby Yoda zu drucken obwohl.

Wie können wir die Festigkeit eines 3D-gedruckten Teils verbessern?

Wie bereits erwähnt, gibt es viele kleine Konfigurationsänderungen, die wir verwenden können, um unseren Teil im Allgemeinen stärker zu machen. Unter ihnen sind die wichtigsten der Füllungsprozentsatz, die Extrusionstemperatur, die Außenwanddicke, die Auswahl des richtigen Filamenttyps und die Einstellung der richtigen Ausrichtung unseres Designs.

Lassen Sie uns jeden von ihnen kurz besprechen und sehen, wie und warum sie unseren Druck beeinflussen!

Füllprozentsatz

Füllung besteht aus einem regelmäßigen Muster, das in das Objekt gedruckt wird und ersetzt, was sonst ein leerer Raum wäre. Es fungiert als interne Stütze für den Druck und verhindert nicht nur, dass die Oberseite zusammenbricht, sondern hält auch die Außenhülle zusammen.

Bevor wir uns auf dieses bewegende Thema einlassen, sehen Sie sich an, wie die verschiedenen Füllungsprozentsätze aussehen:

Als Faustregel gilt, dass eine Füllung von 50 % Ihre Druckqualität und -festigkeit erheblich verbessert. Höhere Füllungsprozentsätze zeigen nur geringfügige Festigkeitssteigerungen, erhöhen jedoch den Filamentverbrauch und die Druckzeit erheblich.

Sie sollten auch wissen, dass wir unsere Füllung so konfigurieren können, dass sie verschiedenen Mustern folgt, z. B. geradlinig, gitterförmig, dreieckig, wackelnd*, schnelle Wabe, volle Wabe und andere experimentelle Muster. Die Vor- und Nachteile der einzelnen Muster sind nicht Gegenstand dieses Artikels, aber Sie werden meistens mit der Verwendung von geradlinigen oder Gitterfüllungen zurechtkommen.

*Aktuell fällt mir noch kein Vorteil des Wackelmusters ein. Ich schätze, es gab mal einen Entwickler mit etwas Freizeit und einer Vorliebe für suboptimale Formen.

Wandstärke

Die Wandstärke ist die Breite der äußersten Schale unseres Drucks und bestimmt hauptsächlich die Gesamtstärke davon

Viele Filamenthersteller geben an, dass es ausreicht, mit 0,8-mm-Außenhüllen zu drucken, um einen starken Druck zu erzielen, aber ich habe festgestellt, dass solche dünnen Wände normalerweise schwache Drucke erzeugen. Um ein widerstandsfähiges Baby Yoda, zu erhalten Ich empfehle dringend, die Breite auf 1,6 mm zu verdoppeln. Die Verbesserung der Gesamtqualität wird sehr spürbar sein.

Egal für welche Wandstärke Sie sich entscheiden, Sie sollten immer ein Vielfaches Ihres Düsendurchmessers wählen. Ich habe 0,8 mm und 1,6 mm erwähnt, weil die meisten Drucker mit einer 0,4-mm-Düse ausgestattet sind. Ein scharfsinniger und scharfsinniger PhD in Mathematik wird sich der unglaublichen Berechnung bewusst sein, die ich oben durchgeführt habe!

Die richtige Temperatur einstellen

Obwohl die meisten beim 3D-Druck verwendeten Filamente eine Art Thermoplast sind, haben sie eine andere chemische Zusammensetzung. Daher haben sie jeweils unterschiedliche optimale Temperaturen.

Als Faustregel gilt, dass PLA zwischen 180 °C und 220 °C, ABS zwischen 210 °C und 250 °C, PETG zwischen 220 °C und 250 °C und Nylon zwischen 240 °C und 260 °C eingestellt werden sollten.

Wenn Sie ein anderes Filament gekauft haben, schauen Sie auf dessen Verpackung und Sie werden wahrscheinlich die empfohlene Temperatur laut Hersteller finden. Vergessen Sie in der Tat die Reichweiten, die ich Ihnen gesagt habe, und schauen Sie sich immer die vom Hersteller empfohlene Reichweite an, nur für den Fall.

Sie sollten immer darauf bedacht sein, die perfekte Temperatur für Ihren 3D-Drucker und Ihr Filament zu finden, da dies die Qualität der Schichthaftung bestimmt.

Niedrige Extrusionstemperaturen führen zu einer schlechten Haftung zwischen den Schichten. Sie könnten versucht sein, den anderen Weg zu gehen und Ihr Filament so heiß wie möglich zu erhitzen, aber das wird Sie in alle möglichen neuen Probleme bringen, die Sie googeln können! Spoiler-Alarm:unordentliche Drucke, schlechte Überhänge und insgesamt schlechte Qualität.

Aber im Allgemeinen, wenn Sie die Festigkeit Ihres Drucks verbessern möchten, wird eine etwas höhere Temperatureinstellung dafür sorgen, dass sich die neue Schicht aus extrudiertem Kunststoff viel besser mit der vorherigen verbindet.

Teileorientierung

Es ist immer wichtig zu bedenken, dass 3D-gedruckte Teile in der Ebene parallel zum Druckbett am stärksten und in der vertikalen Ebene schwächer sind. Fragen Sie sich bei der Positionierung Ihres Designs im Slicer immer, in welche Richtungen es berührt wird und welchen Kräften es ausgesetzt ist.

Wenn Sie sich bei der Antwort nicht sicher sind, betrachten Sie den Fall eines langweiligen und wahrscheinlich nutzlosen Hohlzylinders*.

Wenn Sie es in vertikaler Ausrichtung drucken, ist das Objekt eine Folge von Kreisen, die übereinander geschichtet sind. Wenn Sie es an jedem Ende greifen und versuchen, es zu biegen, wird es ziemlich einfach sein, den Zylinder zu zerbrechen.

*Ich sollte wahrscheinlich erwähnen, dass sich Zylinder im Laufe der Geschichte eindeutig als nützlich erwiesen haben. Dies würde eindeutig den Rahmen des heutigen Artikels sprengen, daher überlasse ich den Beweis dem Leser.

Sie sind vielleicht versucht zu denken, dass Sie unglaublich stark sind, und vielleicht sind Sie es auch, aber Sie sollten sich auch der Tatsache bewusst sein, dass Sie einen sehr schwachen Zylinder gedruckt haben.

Wenn Sie noch etwas Filament übrig haben und es in horizontaler Ausrichtung drucken möchten, werden Sie feststellen, dass das Teil aufgrund der Art und Weise, wie die Filamentlinien extrudiert werden, schwerer zu brechen ist.

Der Nachteil dieser Positionierung besteht darin, dass Sie aufgrund der Winkel, die durch diese Ausrichtung entstehen, möglicherweise Stützen zum Druck hinzufügen müssen.

Warum muss beim 3D-Druck alles ein Kompromiss sein? Bei diesem Hobby gibt es kein kostenloses Mittagessen!

Verwenden Sie stärkeres Filament

Obwohl dies offensichtlich erscheinen mag, kann die Verwendung eines anderen Filamenttyps Wunder in Bezug auf die Gesamtfestigkeit bewirken.

Allerdings sind nicht alle Drucker in der Lage, mit allen verfügbaren Filamenten zu drucken, aber es gibt definitiv einige Alternativen, die Sie sogar auf erschwinglichen Druckern wie dem Ender 3 verwenden können.

Polycarbonat und Nylon gelten als die stärksten derzeit verfügbaren Filamente, und wenn Ihr Drucker damit umgehen kann und Sie einen extrem starken Druck benötigen, dann drucken Sie Ihr Objekt damit.

Wenn Sie mit PLA drucken, versuchen Sie es mit PETG, da es sich leicht verarbeiten lässt und auch etwas flexibler sowie viel hitzebeständiger ist.

Wie man 3D-gedruckte Teile stärker macht

Hier ist eine kurze Zusammenfassung, wie Sie Ihr Modell so drucken können, dass seine Festigkeit erhöht wird:

1. Wählen Sie ein starkes Füllmuster (im Allgemeinen Waben).
2. Erhöhen Sie den Füllungsprozentsatz (über 50 % zu gehen, führt zu deutlich sinkenden Renditen).
3. Erhöhen Sie die Wand- oder Außenhüllendicke.
4. Erhöhen Sie die Drucktemperatur in 5 °C-Schritten, bis Sie die beste gefunden haben.
5. Ändern Sie die Ausrichtung des Drucks so, dass die Schichtlinien parallel zu den Kräften sind, die darauf ausgeübt werden.

Schlussfolgerung

Wie Sie sehen, gibt es viele Dinge, die wir tun können, um die Gesamtstärke unserer Objekte zu verbessern und eine inhärente Schwäche der von uns gewählten Technologie zu überwinden.

Wenn die Zukunft der Welt davon abhängt, dass Sie in der Lage sind, einen starken Benchy zu drucken aber Sie haben keine Zeit, den ganzen Artikel zu lesen, gehen Sie einfach wie folgt vor.

Viel Spaß beim Drucken!

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