3D列印強度夠嗎?原來3D列印材料的弱點在這!

前言

在進行自動化設備開發的時候,我常常都會需要進行原型測試,簡單來說,就是需要用最簡單快速又低成本的方法,去驗證某一的製程自動化的可行性,這個測試結果可以減少自動化設備的開發週期,也可以很快速的將概念展示給客戶,方便溝通。

3D列印的優勢

熔融沉積成型的3D列印機(FDM),是我經常使用的原型測試工具之一,因為他相比金屬加工速度更快、成本也極具優勢,但我想有些朋友也會好奇,3D列印的塑膠材料,用在工業上材料強度足夠嗎?有沒有什麼需要注意的地方呢?

3D列印材料有哪些?

一般來說我最常使用的3D列印材料是ABS與PLA,ABS材料常見許多3C用品,例如螢幕外框或者鍵盤,PLA材料則是屬於玉米澱粉製成的再生材料,常見於環保吸管等可以自然分解的用品,大略的來說,前者的材料強度比後者稍強。

那些情況3D列印強度可以應付?

3D列印最泛用的情況是進行外型與尺寸測試,尤其如ABS材料相當適合進行後處理,以我的經驗來說,ABS材料使用攻牙、車削、銑削都是沒有問題的,唯一要注意的是夾持的力道不可以過大,同時材料也必須留意是否有足夠的壁厚進行加工。

另一個情境是將3D列印材料作為輕負荷的固定零件,或者臨時的夾爪,在材料厚度足夠的情況下,當作固定零件的ABS材料幾乎可以使用數年、當作夾爪的ABS材料根據磨損程度的不同,可以使用數個月。

一般來說3D列印材料也可以承受不小的下壓力,以強度稍差的PLA材料來說,填充密度20%以上的40*40*40mm材料,承受100kg的下壓力量也不會崩裂,

FDM 3D列印材料的弱點處在哪?

3D列印材料適合應付下壓力,但拉力、剪力則需要特別留意3D列印材料的生長方向,因為FDM列印的過程是一層層黏上去的,因此材料的黏著強度遠遠不如高壓高溫的射出成形。

3D列印材料的弱點方向

第一個圖例,放大圖片可以明顯看到材料的成形紋路,當同時受到上下拉力的時候,此例的材料就會容易分離;上下部份受到左右拉力的時候,材料也會容易因為剪力而分離。

第二個圖例,發生在螺絲鎖固的造成崩裂的狀況,通常這個情況可能來自於鎖固的力道過大,材料密度又不夠高造成,又或者是圓孔沒有攻牙,造成螺絲鎖入的時候將3D列印材料向外撐開,導致材料崩裂。

結論

FDM 3D列印的材料,在原型測試上可以滿足大部分的使用需求,只要注意使用的材質、列印密度、以及材料受力的方向,3D列印的材料的可以承受一定的負載。