哪种 3D 打印机耗材最强？耐用性和性能专家指南
FDM/FFF（长丝沉积成型/熔丝制造）类型的打印机使用称为长丝的塑料原料线来构建零件。塑料被熔化并挤压以构建 3D 模型。有多种类型的 3D 打印机耗材以其强度和耐用性而闻名。然而，您对最强的定义取决于打印部件的具体应用和要求。
“强度”有两种基本解释可适用于 3D 打印机耗材的拉伸行为。它们取决于成品零件的最终拉伸载荷。
在一种情况下，零件沿与细丝对齐的方向加载。在这种情况下，原丝的高拉伸强度也将转化为成品的良好拉伸强度。
另一种情况发生在零件垂直于打印层加载时。此时，“最强的3D长丝”成为相邻粘合长丝之间的粘合强度的表达，而不是固有的长丝强度。后一种情况导致了一个定义，将强度问题视为“哪种灯丝粘合最牢固”。
如果您想构建高弹性、耐弯曲和耐磨的模型，这两种长丝特性（以及其他特性）都至关重要。您必须平衡最终构建的要求，目标是拉伸强度、弯曲强度、磨损硬度、冲击韧性等。每种灯丝类型都可以为您的模型带来不同的优势，但没有一种灯丝能够适合所有情况。还要记住，您的打印机可能不接受所有可能的构建材料，并且某些细丝比其他细丝具有更多的设计限制。无论您选择哪种类型，最终产品的属性都将在很大程度上取决于设计的质量以及您对可制造性设计 (DFM) 原则的思考。
本文将研究几种被认为具有平衡性能的 3D 打印长丝，并回顾在设计它们时需要牢记的一些概念。
3D打印机耗材有哪些类型？
FDM/FFF 长丝采用多种材料制成，并含有更广泛的添加剂，可增强特定性能，例如：耐磨性、拉伸强度和弯曲韧性。以下是被广泛认为可在 3D 打印模型中提供最高强度、韧性和耐用性的长丝基材：
1。聚碳酸酯
聚碳酸酯 (PC) 长丝可生产具有高强度、韧性和耐热性的模型。沿着灯丝轴向，其抗拉强度为66 MPa。其优点包括：高强度、耐温性和光学透明度。另一方面，PC 很难打印并且吸湿性差。直径为 1.75 毫米的 PC 成本为每公斤 70-200 美元。有关更多信息，请参阅我们的指南：什么是聚碳酸酯？
2。尼龙
尼龙丝制造的模型以其强度和耐磨性而闻名。该材料的拉伸强度为 50-90 MPa，具体取决于等级。尼龙是一种坚韧、廉价的材料。然而，打印高质量模型可能很困难，并且当材料的水分含量过低时，材料会严重变弱。直径为 1.75 毫米的尼龙售价为每公斤 40-100 美元。有关更多信息，请参阅我们的关于尼龙 3D 打印丝的所有指南。
3。热塑性聚氨酯
热塑性聚氨酯 (TPU) 可制造高弹性物品，可承受重大冲击和磨损。其固有的弹性使其在许多方面成为一种“坚固”的材料。 TPU 的拉伸强度为 50 MPa。问题是它很容易堵塞打印机喷嘴并且必须缓慢打印。直径为 1.75 毫米的 TPU 售价为每公斤 30-60 美元。有关详细信息，请参阅我们的热塑性聚氨酯工程 (ETPU) 指南。
3D 打印机耗材的拉伸强度是什么意思？
3D 打印长丝的拉伸强度描述了长丝在断裂或经历永久（无弹性且不可恢复）拉伸之前可以承受的最大拉伸载荷。热塑性聚合物（例如 FDM/FFF 打印中使用的聚合物）具有弹性延伸负载限制。当负载低于长丝的弹性极限时，一旦负载移除，它将恢复到原始尺寸。当超过其弹性载荷应力时，会发生永久变形或断裂。
3D 打印机耗材的冲击强度是什么意思？
3D 打印长丝的冲击弹性是衡量长丝对突然冲击或冲击载荷的反应的指标。坚固的材料应该吸收冲击能量并变形而不破裂。例如，对于机械零件、玩具和防护装备中使用的材料来说，这是一个重要的特性。
应该指出的是，3D 打印物品的抗冲击能力不仅仅由独立的长丝决定。诸如：相对于影响的构建方向、“内部”晶格填充结构/密度以及细丝层融合等因素也会影响其性能。在许多情况下，这些因素总体上比原丝的影响特性更为重要。
3D 打印机耗材还有哪些其他强度指标？
打印机耗材具有其他与强度相关的特性，这些特性可能对您的设计过程至关重要。在此分析中还应考虑强度保持特性。虽然这些可以是灯丝的属性，但将它们视为模型的属性更有用。 ，使用细丝类型构建 。这些强度指标如下：
- 弯曲强度： 测量线材或模型在受到弯曲力时的抗断裂或永久变形能力。
- 断裂伸长率： 通过随着负载的增加而遭受永久（非弹性）变形来测量细丝或模型在稳定拉伸负载下抵抗断裂的能力。当断裂最终发生时，在断裂的两侧都可以测量到塑性变形。
- 剪切强度： 测量材料或模型在剪切载荷下抵抗断裂或变形的能力。散装材料的剪切强度与打印部件的剪切强度仅略有相关。剪切载荷情况通常很复杂，并不代表材料的纯剪切。这使得实际测试结果更加依赖于打印方向、零件设计和加载场景，而不是基本灯丝属性。
- 抗压强度： 测量线材或模型承受压缩或挤压力的能力。这与模型在压缩下整体弯曲的倾向不同——这种情况依赖于弯曲弹性。事实上，细丝的抗压强度与 3D 打印的抗压强度只有轻微关系，除非打印件是实心的并且横截面极其简单。
- 耐磨性： 测量细丝模型在被类似硬（或更硬）的材料反复磨损时对剥落或研磨失效的表面抵抗力。
- 抗疲劳性： 定义材料对接近其物理极限的循环载荷的耐受性。这种负载的应变率、恢复时间和总循环次数都会对材料产生负面影响。这可以是构建方向和其他构建参数以及材料本身的关键属性的函数。
- 撕裂强度： 测量细丝和模型的抗撕裂能力。当撕裂沿层平面时，这将是打印参数的函数。只有当撕裂发生在长丝的轴向时，这种强度才完全基于材料的固有特性。撕裂和剪切是密切相关的模式。
- 耐热性： 定义模型在温度升高时保留其其他属性的能力。如果聚合物具有高玻璃化转变温度，它在弱化之前可以承受更高的使用温度。
- 抗蠕变性： 定义模型在长时间持续的稳定负载下保持其尺寸稳定性的能力。
- 耐化学性： 定义材料在暴露于溶剂、酸和碱等刺激性化学品或紫外线暴露等条件下时保持其特性的能力。
上述一些参数将与线材材料的基本特性密切相关，而其他参数则极大地取决于打印项目的设计和配置。
什么是 3D 打印机耗材？
3D 打印机长丝是通过打印机挤出机送入并熔化以构建打印模型的聚合物原料。该原料可以是一系列聚合物中的任何一种，并且可以包含改变聚合物性能的其他添加剂。长丝原料通过可立即安装的辊输送，这些辊通过导轨从固定位置向挤出机供应材料。长丝由齿轮或夹送轮的进料机构夹紧，将其从卷轴中拉出，并在需要时将其推入挤出机的加热喷嘴。
什么是高性能聚合物？
高性能聚合物与普通材料的不同之处在于许多可能的材料特性。高性能材料通常至少在以下特性之一上表现出色：
- 拉伸强度
- 剪切强度
- 弯曲强度
- 性能开始退化前的温度限制
- 化学弹性
- 耐磨弹性
- 抗蠕变性
- 弹性
什么是复合长丝？
FDM/FFF 复合长丝是在基本长丝聚合物中添加添加剂的 3D 打印长丝。木纤维、金属粉末、碳纤维或 Kevlar® 纤维等添加剂以及许多其他材料用于增强基本和高性能印刷聚合物的特殊性能。复合材料旨在改善纯聚合物的性能或功能。
具有圆形横截面和光滑表面的木纤维可提高打印部件的强度、刚度和密度。 Kevlar®、碳纤维或石墨烯负载长丝往往具有卓越的强度、韧性和刚度。在足够大的比例下，石墨烯甚至可以使材料导电。含有青铜、铜和不锈钢粉末的长丝不会增强强度，但可以产生金属般的外观。复合长丝允许您修改 3D 打印部件的一项或多项属性，但存在打印问题，可能会使此类材料难以在更简单的机器中使用。
我可以选择的最强 3D 打印机耗材是什么？
最坚固的 3D 打印机耗材将取决于具体细节，例如：预期的负载类型、负载强度、设计构建方向和 3D 打印部件的填充密度。然而，以下是目前可用的最强的 3D 打印机耗材：
- 碳纤维增强尼龙： 这将碳纤维添加剂的强度增强与尼龙的韧性和耐用性结合在一起，使其成为最强的 3D 打印材料。
- 聚碳酸酯： PC 是一种坚韧耐用的灯丝，可以承受高温。除其他高级性能外，它还具有出色的抗冲击性。
- 聚醚酰亚胺（Ultem / PEI）： Ultem 是一种具有优异强度、耐热性和耐化学性的热塑性塑料，广泛应用于航空航天部件原型设计。
值得注意的是，这些细丝通常需要专门的打印机设置，并且很可能与更简单的 FDM/FFF 打印机不兼容。它们的打印难度可能要大得多，因此在时间限制下尝试构建功能模型之前，使用这些高性能材料进行练习非常重要。
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