Як вибрати матеріал для прототипування? Основні 6 механічних властивостей

Пластмаси – це складні матеріали, для кожного їх застосування важливі ті чи інші властивості, щоб вибрати правильний, потрібно врахувати безліч нюансів.

Оскільки технологія 3д-друку SLA, працює з різними полімерами, базові знання про них дозволять зробити вибір відповідного.

У цій статті ми розповімо Вам про шість найважливіших механічних властивостей, які допоможуть визначитися з вибором і наведемо приклади полімерів Formlabs, що найбільш підходять з лінійки.

1. Модуль пружності.

Модуль пружності – це стійкість матеріалу до пружної деформації під навантаженням.

Модуль пружності при згинанні, міра, актуальна для пластмас, є мірою жорсткості матеріалу або схильності до згинання. Дуже твердий матеріал потребує більшого зусилля для деформації порівняно з м'яким матеріалом. Високий модуль пружності при згинанні вказує на жорсткіший матеріал, такий як алмаз, у той час як низький модуль пружності при згинанні вказує на еластичний матеріал, такий як гумова стрічка.

Модуль пружності при згині та модуль пружності при розтягуванні (або модуль Юнга) тісно пов'язані між собою і, як правило, практично не відрізняються. Модуль зсуву описує реакцію матеріалу на напругу зсуву, наприклад, розрізаючи його тупими ножицями.

Для досягнення найвищого модуля пружності при згинанні оберіть фотополімерну смолу Rigid Resin, Grey Pro Resin.

2. Подовження.

Подовження - це стійкість матеріалу до розриву під час розтягування.

Подовження свідчить, наскільки матеріал може розтягуватися, не ламаючись і утворюючи тріщин. Жорсткі матеріали, такі як тендітні пластики, зазвичай мають низьке подовження при розриві, в той час як деякі м'які, еластичні матеріали можуть розтягуватися в кілька разів своєї довжини перед руйнуванням. Високе подовження є важливою частиною упаковки, яку необхідно зігнути, наприклад, тюбик зубної пасти.

Пластичні матеріали, наприклад, більшість каучуків мають високе подовження, в той час як крихкі матеріали, такі як скло і кераміка, мають тенденцію мати дуже низьке подовження, тому що вони не пластично деформуються.

Для найбільшого подовжити, виберіть Durable Resin або Tough Resin.

3. Ударна міцність.

Ударна міцність - здатність матеріалу поглинати механічну енергію у процесі деформації та руйнування під дією ударного навантаження.

Ударна в'язкість, іноді звана ударною в'язкістю, відноситься до здатності матеріалу реагувати на раптові удари. Матеріал з високою ударною в'язкістю, такий як полікарбонат або нейлон, може поглинати енергію та пластично деформуватися до руйнування. Простіше кажучи, матеріал із високою ударною в'язкістю можна впасти на підлогу без поломок.

"Міцність" або ударна в'язкість не є синонімами жорсткості. Більш підходящі матеріали можуть цінуватися, коли справа доходить до поглинання раптового удару.

Для досягнення максимальної ударної міцності серед матеріалів Formlabs виберіть Durable Resin. Інші матеріали з високою ударною в'язкістю: Tough Resin, Grey Pro Resin.

4. Міцність розтягування.

Міцність на розтяг - це стійкість матеріалу до розриву при розтягуванні.

Матеріал з високою міцністю на розтяг опирається руйнуванню при розтягуванні або розриві. Межа міцності при розтягуванні вказує на максимальну напругу, яку може витримати матеріал при розтягуванні або витягуванні до руйнування.

Як тільки ця максимальна напруга досягнута, крихкі матеріали руйнуються дуже різко, без пластичної деформації, тоді як пластичні матеріали зазнають деякої пластичної деформації до руйнування.

Сьогодні 3D-друк розвивається так швидко, що вона здатна забезпечити міцність на розрив, порівнянну з традиційними пластиками лиття, такими як поліпропілен і АБС.

Найкращим матеріалом буде - Rigid Resin. Ще варіанти: Grey Pro Resin, Tough Resin.

5. Температурний прогин.

Температурний прогин - це температура, за якої матеріал деформується при певному навантаженні.

Температурний прогин (HDT) вказує, чи підходить матеріал для високотемпературних застосувань, і виражається як температура (вимірюється у °C), при якій зразок деформується за певного навантаження (вимірюється в МПа).

Високий рівень HDT бажаний для корпусів та кріплень для нагрівальних елементів, а також компонентів, які вступають у контакт з гарячими рідинами або газами, таких як інструменти для ливарних форм, рідинні з'єднувачі, клапани та сопла.

Для досягнення найвищого температурного прогину (HDT) серед матеріалів Formlabs, виберіть High Temp Resin.

6. Повзучість.

Повзучість – повільне деформування тіла під впливом постійного навантаження.

Матеріал з високою повзучістю більш схильний до деформації, ніж матеріал з низькою повзучістю. Повзучість відрізняється від інших властивостей матеріалу тим, що вимірюється протягом тривалого часу. Повзучість залежить від часу, навантаження та температури.

Вибір матеріалу з низькою повзучістю важливий для деталей, які повинні витримувати високі навантаження або температури і зберігати свою форму в часі, наприклад, для деталей, які будуть нести вагу, або деталей, які повинні виконувати функцію, що повторюється, таких як лопаті турбіни.

Для найменшої повзучості серед матеріалів Formlabs виберіть Rigid Resin або Grey Pro Resin.

Багатогранний підхід

Насправді конструктори пластмасових деталей не часто знаходять оптимізацію однієї властивості; натомість вони приймають рішення, які балансують кілька властивостей одночасно, ґрунтуючись на досвіді, комп'ютерному моделюванні та інших орієнтирах.

Ви можете розвивати свої знання про різні матеріали і про те, для чого вони хороші, посилаючись на посібники, подібні до цього, але практичний досвід також важливий. Спробуйте різні матеріали та подивіться, як вони працюють. Подивіться, з яких матеріалів виготовлені предмети повсякденного користування, та розгляньте механічні властивості цих матеріалів. Які властивості ці частини беруть до уваги, як вони використовуватимуться?

Розглянемо кілька практичних прикладів використання смол у 3D-друці:

Високе подовження та ударна в'язкість Formlabs Durable Resin роблять його чудовим матеріалом для створення прототипів споживчої упаковки.

Споживча упаковка для таких предметів, як побутові засоби для чищення або шампунь, повинна мати достатнє подовження, щоб згинатися в руках користувача і повертатися до своєї початкової форми, збалансованої з достатньою ударною в'язкістю, щоб витримати падіння. Для цього прототипу ми вибрали Durable Resin.

Високий модуль пружності при згинанні та низька повзучість Formlabs Grey Pro Resin роблять його відмінним матеріалом для створення прототипу цього кронштейна для монітора комп'ютера.

Кронштейн (наприклад, для монітора комп'ютера) вимагає високого модуля пружності при згинанні або жорсткості. Також важливо вибрати матеріал із низькою повзучістю, щоб деталь продовжувала виконувати свою роботу з часом без повільної деформації. Для цих вимог Grey Pro Resin - чудовий вибір.

Rigid Resin Formlabs має високу ударну в'язкість, високу температуру прогину і низьку повзучість, тому тонкі характеристики цього вентилятора зможуть витримувати багаторазове зношування з часом

Вентилятор потребує тонких, сильних особливостей. Високий модуль пружності Rigid Resin не означає, що деталі залишаться міцними після друку - модуль перед наступним затвердінням означає, що можна друкувати дуже тонкі деталі з високою точністю та з меншою ймовірністю помилок. Висока ударна в'язкість, висока температура теплового відхилення та низька повзучість означають, що цей прототип витримуватиме вплив елементів з часом.

Оригінал статті Ви можете вивчити на офіційному сайті Formlabs