Считается, что с 3D-печатью SLA производят сложные и точные детали с хорошим качеством поверхности. Кроме того, благодаря большому разнообразию смол постоянно расширяется спектр использования SLA. Тем не менее, когда требуются жесткие и функциональные детали, SLA-печать обычно не выбирают. Почему? 

Посмотрите, насколько прочным может быть ваш полимерный отпечаток (Фото: SolidSmack )

Что ж, это правда, что большинство стандартных смол относительно хрупкие по сравнению с другими материалами для 3D-печати и не рекомендуются для напряженных деталей или наружного использования, но на рынке имеются жесткие и долговечные смолы, специально разработанные для более прочных применений. 

В этой статье рассмотрим эти жесткие смолы для 3D-печати и покажем, насколько сильными они могут быть на самом деле.

На рынке представлено много смол SLA, каждая из которых подходит для определенного применения  (Источник: Pinterest)

Большинство смол для 3D-печати основаны на эпоксидной смоле или акрилате, причем последняя чаще используется в настольных принтерах. Поэтому считается, что детали, напечатанные по технологии SLA, хрупкие и наиболее подходят для декоративных применений и прототипов, а не функциональных и несущих компонентов. Но это верно только в том случае, если смола выбрана неправильно. 

Примеры сверхпрочной смолы можно найти в самых разных отраслях промышленности. Существуют  литейные смолы для изготовления ювелирных изделий и  3D-печати в области стоматологии для изготовления каппы, коронок и хирургических направляющих. Есть также высокотемпературные смолы, которые подходят для различных промышленных применений, и даже смолы, которые могут производить резиноподобные детали.

Давайте обратим внимание на самые прочные доступные смолы и выясним, насколько они прочны по сравнению с другими материалами для 3D-печати FDM.

Выполняется цикл-тест (Источник: Afinko ) 

Начнем с краткого рассмотрения механического свойства, которое тесно связано с прочностью материала, с так называемой прочности на растяжение. Прочность на растяжение определяется как максимальное напряжение, которое может выдержать определенный материал при растяжении до разрушения.

Чем выше предел прочности при растяжении, тем прочнее считается материал.

Теперь о смолах. Сначала сравним стандартные смолы для 3D-печати со смолами, которые продаются как жесткие, а затем сравним эти более жесткие смолы с обычными материалами FDM, такими как ABS , PLA и PETG .

Стандартные и жесткие смолы

Жесткие смолы показывают удвоенную прочность по сравнению со стандартными смолами (Источник: Лукас Кароло через All3DP)

Стандартной смолой, выбранной в качестве эталона, была цветная УФ-смола Anycubic, поскольку принтер Photon SLA  является одним из самых популярных на рынке.

Из приведенного выше графика ясно, насколько прочнее жесткие смолы по сравнению со стандартом. Фактически, три смолы, выбранные для этого сравнения - Formlabs Tough 2000 , eSun Hard-Tough и Siraya Tech «Blu» - демонстрируют почти удвоенную прочность на разрыв по сравнению со смолой Anycubic. (Линейка жестких смол Formlabs, включая 2000, может использоваться только с последними принтерами Formlabs).

Тот факт, что смола является прочной, не означает, что отпечатки, сделанные на этих смолах, будут в два раза прочнее, чем при печати стандартной смолой. Другие факторы, такие, как дизайн модели и параметры печати, также играют важную роль в окончательной прочности изделия. Тем не менее, сравнение прочности на растяжение - это простой способ определить, какой материал прочнее. 

Но как эти жесткие смолы противостоят другим пластикам, производимым 3D-принтерами FDM?

У Siraya Blu было больше прочности, чем у некоторых материалов FDM (Источник: CNC Kitchen через YouTube )

Чтобы ответить на этот вопрос, мы обращаемся к Стефану Херману из канала CNC Kitchen Youtube , который разработал метод испытания, при котором крючок, выполненный 3D-печатью, растягивается до разрушения, имитируя испытание на растяжение.

Стефан постоянно тестирует различные материалы этим методом, и результаты показаны на графике выше. В видео, где он тестирует смолу Siraya Blu , Стефан обнаружил, что жесткая смола Siraya была более прочнее, чем некоторые материалы FDM, такие как ABS и ASA, хотя и не настолько прочной, как PLA и PETG.

Печать SLA (слева) имеет одинаковую прочность, независимо от ориентации, а FDM печать - нет (справа) (Источник: Formlabs )

Хотя свойства материала в значительной степени определяют прочность данного отпечатка, существуют и другие важные факторы, которые могут повлиять на механические характеристики.

То, как печатается дизайн, сильно влияет на его прочность. Например, определенный компонент может быть усилен путем распределения большего количества материала в местах, где будет сосредоточено напряжение. Свобода дизайна, предоставляемая 3D-печатью, означает, что часто используются вычислительные инструменты, такие как оптимизация топологии, которая автоматизирует этот процесс.

Способ изготовления детали также зависит от того, насколько хорошо она может противостоять внешним воздействиям. В контексте 3D-печати это определяется настройками печати, определенными во время нарезки. Хорошо известно, что высота более высоких слоев сильно влияет на прочность деталей FDM , и это также верно для отпечатков SLA. Большинство слайсеров FDM имеют несколько вариантов плотности заполнения и шаблонов, чтобы сократить время на материал и печать, однако они редко встречаются в SLA. Тем не менее, сторонний слайсер ChiTuBox включает в себя эти функции, которые обеспечивают возможность повышения ударной вязкости при оптимизации использования материала.

Анизотропия - это когда физическое свойство объекта или материала имеет другое значение при измерении в разных направлениях. Это происходит в 3D-печати, когда объекты, напечатанные по технологии FDM, отображают различные свойства материала в зависимости от направления сборки детали. Более конкретно, это происходит, когда между слоями на оси Z создается более низкая адгезия, что вызывает более низкую прочность на разрыв по сравнению с осью X или Y. Как вы можете видеть на изображении выше, когда вес применяется к отпечатку FDM, который не ориентирован или не смоделирован с учетом анизотропии, он может сломаться. Однако, когда дело доходит до печати SLA, все наоборот, потому что смола изотропна. Во время своих испытаний с Siraya's Blu Стефан подтвердил это, экспериментально показав, что детали одинаково прочны независимо от направления сборки. Formlabs также пришли к такому же выводу, который обсуждается в их статье об изотропных свойствах SLA-печати.

Ортезы на голеностопный сустав из прочной смолы (Источник: Animake )

Учитывая все, что мы узнали, становится понятным, что при выборе правильной смолы, 3D-печать SLA может производить отпечатки прочные, как FDM.

Чтобы проиллюстрировать этот вывод, приведем вдохновляющий пример того, как смола печатает прочные, функциональные и сложные детали в мире ортопедии. 

Сын Матея Влашича Ник из Словении родился с ДЦП и не мог стоять или ходить без посторонней помощи. Г-н Влашич создал для Ника специальные ортопедические ортезы на голеностопный сустав, использовав SLA печать. Примерно через год окончательный дизайн изделия позволил Нику прогуливаться в течение нескольких дней.

Как и многие другие ортопедические устройства, AFO должны быть достаточно сильными, чтобы оказывать поддержку, выдерживая при этом весь вес тела во время движения. Г-н Влашич использовал смолу Formlabs, которая оказалась прочной и удобной даже в течение длительного периода использования. Благодаря этому успеху господин Влашич основал компанию Animake. Он и его команда обеспечивают диагностическое лечение и 3D-печатные ортопедические устройства, которые помогают другим детям, нуждающимся в специальных AFO.

Источник