如何获得更坚固的 3D 打印部件

3D 打印能够制造出坚固的聚合物和金属部件。然而，3D 打印部件的某些应用可能需要更多的强度。设计和材料选择是决定 3D 打印部件强度的最关键因素。但是，如果忽略其他简单而重要的强度改进技术，即使是设计良好的零件也可能表现出弱点并失效。

有多种技术可用于加强 3D 打印。这些可以分为三大类：零件几何形状、打印设置和后处理。

零件几何形状

零件的几何形状在确定 3D 打印的强度方面起着至关重要的作用。圆角和倒角的使用增加了边缘的机械强度，而角撑板和加强筋提供了结构支撑。

使用圆角或倒角

圆角或倒角为 3D 零件中的较薄部分提供了坚实的基础。它们可以防止喷嘴从打印件上敲掉精密部件。

使用肋骨和角撑板

肋条和角撑板是从墙壁或平面垂直突出的薄型材。它们提供支撑并增加零件的强度。加强筋的厚度应为壁厚的一半，并应以两倍于壁厚的最小距离隔开。应避免大而高的肋骨；相反，应该使用多个小肋骨。

3D 打印设置

需要 3D 打印过程的最佳设置来生产更坚固的零件。这些设置包括以下内容。

在 3D 打印中填充

填充只是指 3D 零件外壁内的材料量。这种技术常用于 FDM 3D 打印以增加强度。填充设置有两种方式，填充图案和填充密度。

填充图案

这是一个重复结构，填充了 3D 打印部件内部的空间。它通常隐藏在视线之外。填充图案有多种样式。他们包括;三角形图案，拱形，矩形，蜂窝或六角形，和同心。 Archi 填充图案最适合圆形或圆形零件。由于其平行和垂直网格，矩形填充图案能够提供 100% 密集的部分。六边形填充图案提供最高的强度重量比，但打印时间最长。

填充密度

0% 的填充没有填充，100% 的填充给出完全实心的部分。 100% 填充是最坚固的部分。然而，在许多情况下，不必要地使用增加了重量和成本的材料。蜂窝图案最适合低于 50% 的百分比，而直线图案最适合高于 50% 的百分比。常见的填充密度在 20% 到 25% 之间。

零件方向

3D 打印部件在平行于构建外壳的平面中最强，因为层中的分子键远大于层之间的粘合剂键。这些是 X 和 Y 平面。虽然这种技术在 FDM 3D 打印中很常见，但它也可以用于其他工艺，例如 SLA 和 SLS，以提高强度。零件方向取决于零件中承受载荷和压力的位置。

壳层厚度

这在加强 3D 零件方面起着重要作用。更厚的外壳使零件更坚固。对于 FDM 打印，3 到 4 倍喷嘴直径的外壳厚度最适合将承受重载和持续负载的部件。大多数 3D 打印工艺使用的标准最小厚度约为 1 毫米。然而，增加这将提高拉伸和冲击强度。有关其他 3D 打印技术的推荐厚度的详细信息，请参阅我们的设计指南。

后期制作处理

为了进一步提高打印件的强度，还可以考虑后处理。以下后处理操作可以大大增加3D打印零件的强度。

退火

退火只是加热 3D 打印零件并使其逐渐冷却以减轻内部应力的过程，从而使零件变得更坚硬。虽然金属和玻璃可以退火，但并非所有聚合物都可以退火。一些适合退火的材料有PLA、PET和PA 12。

电镀

电镀是一种印刷后技术，涉及将部件浸入水和金属盐的溶液中。当电流通过溶液时，金属阳离子会在零件周围形成一层薄涂层。该技术可应用于来自 FDM、SLS、SLA 或 SCM 打印机的 3D 零件。它使零件具有与金属零件几乎相同的机械性能，因此对于多种应用而言，它是一种比金属 3D 打印便宜得多的替代品。

但是，电镀件内部仍然是塑料，因此如果将它们加热到高于内部塑料软化温度的温度，则会失去内部强度；即使外部金属没有熔化。几种金属可用于电镀，例如锌、铬、镍、铜等。在电镀之前，重要的是要对 3D 零件进行底漆处理，以建立适合金属粘附的导电表面。底漆常用石墨。

树脂涂层

环氧树脂或聚酯树脂可用于涂覆 3D 打印部件。环氧涂料是用环氧涂料完成的不溶性表面涂层。油漆含有两种化学物质；环氧树脂和硬化剂。最终的涂层通常比未涂层的零件更耐用、更坚韧。但是，如果零件需要极高的几何精度和锋利的边缘，则不适合使用环氧树脂涂层。另一方面，聚酯树脂很薄，可以散布在复杂的零件上。树脂在使用后 5 分钟开始硬化，通常需要 24 小时才能完全干燥。树脂涂层可以应用于任何打印机的任何部件。

碳纤维增强

碳纤维或玻璃纤维也可用于增强 3D 零件。碳纤维具有出色的强度重量比，最适合用于在恒定负载条件下使用的零件。与碳不同，玻璃纤维会弯曲直至失效。纤维可以通过两种方式层压：

• 短纤维增强

在这种方法中，纤维被切碎并与热塑性塑料混合以提高强度和刚度

• 连续纤维增强

在这种技术中，纤维在被挤出和沉积时必须连续地整合到热塑性塑料中。这种技术需要两个喷嘴同时打印。

结论

在 Xometry Europe，我们根据客户的要求为 3D 打印部件提供各种强化选项。只需前往我们的即时报价平台，上传您的模型，选择您的选项，然后瞧：您的高强度 3D 打印部件将在几天内交付给您。