SLA樹脂強度：3D打印樹脂強度有多高？

魔猴君  知識堂   63天前

樹脂3D打印因其能夠生產(chǎn)具有復(fù)雜細(xì)節(jié)和光滑表面的部件而受到贊譽。立體光刻(SLA)及其姊妹技術(shù)掩蔽立體光刻(MSLA/LCD)和數(shù)字光處理(DLP)最初因美觀和原型制作而受到青睞，它們證明了樹脂不僅外觀精美，而且功能強大。

這三種技術(shù)的基本原理都是利用光逐層固化液態(tài)樹脂，但它們的光源和投影方法有所不同。SLA使用激光來追蹤物體的形狀，精度較高但速度通常較慢，而DLP使用數(shù)字投影儀來閃現(xiàn)每一層的單個圖像，速度更快但可能會犧牲一些分辨率。與DLP類似，LCD使用LCD屏幕來遮擋光線，從而實現(xiàn)速度和分辨率的平衡。

許多樹脂與這三種技術(shù)兼容，盡管由于固化波長或光強度的差異，有些樹脂可能是為其中一種或另一種專門配制的。

但強度如何？傳統(tǒng)上，樹脂3D打印與熔融沉積成型(FDM)打印相比，被認(rèn)為有些脆弱。然而，樹脂配方的最新發(fā)展為新一代堅韌耐用的樹脂鋪平了道路，這些樹脂的強度可與特種線材相媲美，在某些情況下甚至超過特種線材。

在本文中，魔猴網(wǎng)將和大家深入探討高強度樹脂的世界，探索其特性、影響其性能的因素以及其強度真正發(fā)揮作用的各種應(yīng)用。無論您是工程師、設(shè)計師、業(yè)余愛好者，還是只是對3D打印的最新進展感到好奇，現(xiàn)代樹脂3D打印的非凡強度和多功能性都會讓您驚嘆不已。

數(shù)量決定力量

圖片1：Elegoo的類ABS樹脂具有強度和細(xì)節(jié)處理能力（來源：Shib_Mc_Ne via Reddit）

談到3D打印樹脂的強度時，重要的是要知道“強度”不只是一個詞。它包括材料在不同力的作用下抵抗斷裂或變形的幾種方式。以下是樹脂3D打印的主要強度特性：

抗拉強度：這是樹脂承受拉斷的能力。想象一下拉伸橡皮筋；抗拉強度是它在斷裂前能承受多大的力。抗拉強度越高，樹脂在拉斷時斷裂的可能性就越小。

抗彎強度：這衡量了樹脂抵抗彎曲的能力。想象一下塑料尺在壓力下彎曲；抗彎強度是指它在破裂或永久彎曲之前可以承受的力。

抗沖擊強度：這告訴我們樹脂在承受突然沖擊或撞擊而不破裂的能力。這就像手機殼在掉落一次后會破裂與能承受多次掉落的區(qū)別。

抗壓強度：與抗拉強度相反。它測量樹脂在變形或塌陷前能承受多大的擠壓力。

剪切強度：這衡量了材料抵抗平面上反方向力的能力。想象一下用刀切水果；剪切強度是指切開水果需要多大的力，有些水果比其他水果更難切。

接下來，我們將看看不同類型的樹脂與FDM材料的比較。

樹脂與FDM

圖片2：FDM（左）和樹脂（右）打印在外觀和其他方面均有不同（來源：DCA_Tabletop via Reddit）

在強度方面比較樹脂和FDM并不是簡單的同類比較。FDM部件的強度會因填充百分比和圖案、層高和長絲本身等因素而有很大差異。但是，我們可以根據(jù)樹脂的類型進行一些一般比較。這些樹脂可以是標(biāo)準(zhǔn)樹脂（不針對特定用途）、堅韌樹脂（配方中包含添加劑）和高性能樹脂（具有卓越的強度、彈性、耐化學(xué)性等）。

抗拉強度

標(biāo)準(zhǔn)樹脂：大致與PLA（40-50 MPa）和一些PETG混合物（40-60 MPa）相當(dāng)。

堅韌的樹脂：性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)PLA和PETG，有時甚至達到ABS強度的更高端（高達70 MPa）。

高性能樹脂：可以輕松超過大多數(shù)常見FDM長絲的拉伸強度，有些甚至高達90 MPa。

抗彎強度

標(biāo)準(zhǔn)樹脂：與PLA相似（約50-60 MPa）。

堅韌的樹脂：通常比PLA和PETG強度高得多，有時甚至超過ABS（高達100 MPa）。

高性能樹脂：抗彎強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通FDM長絲的抗彎強度，有些甚至超過130 MPa。

沖擊強度

標(biāo)準(zhǔn)樹脂：通常比FDM長絲更脆，但不同樹脂之間可能會有很大差異。

堅韌樹脂：旨在吸收沖擊，通常達到或超過堅韌PLA混合物或ABS的抗沖擊性。

高性能樹脂：變化范圍很廣，有些樹脂優(yōu)先考慮其他性能而不是抗沖擊性。

通過對技術(shù)的一般比較，我們可以更廣泛地了解不同工藝和材料的優(yōu)勢，然后讓我們仔細(xì)看看影響樹脂打印的其他因素。

不僅僅是材料

圖片3：支持也發(fā)揮了作用（來源：All3DP）

3D打印部件的強度不僅僅取決于您使用的樹脂。其他因素也會對部件的強度產(chǎn)生重大影響。

應(yīng)力集中

盡管樹脂在所有方向上都相同，但部件的形狀可能會在尖角或邊緣處產(chǎn)生應(yīng)力點。這些應(yīng)力點可能是薄弱點，而部件的放置方式會影響這些薄弱點與所施加力的關(guān)系。

支撐結(jié)構(gòu)

支撐結(jié)構(gòu)對于成功打印樹脂必不可少，但它們會在最終打印中產(chǎn)生應(yīng)力點和潛在的薄弱區(qū)域。打印時部件的定位方式會影響需要支撐的位置和數(shù)量，從而間接影響打印物體的整體強度。

后期處理

圖片4:有不同的后處理步驟（來源：All3DP）

后處理是樹脂3D打印中的一個重要步驟，會影響部件的最終強度和功能。適當(dāng)?shù)暮筇幚碛兄诖蛴〖_到最佳機械性能，同時外觀也很好。

移除支撐

第一步是移除支撐。打印過程中需要這些臨時結(jié)構(gòu)來支撐懸垂部分和復(fù)雜形狀，但打印后必須小心地移除它們。您可以使用平口鉗或鉗子等工具小心地將它們撬開。如果支撐移除不當(dāng)，它們會在表面留下應(yīng)力點或小裂縫，從而削弱結(jié)構(gòu)。為了獲得最佳強度，請在固化后移除支撐，因為固化后的打印件更堅硬，并且在此步驟中不太可能受損。

洗滌

下一步是清洗。這意味著要清潔打印件以去除表面或內(nèi)部腔體中任何未固化的（液體）樹脂，根據(jù)樹脂的類型，需要考慮不同的因素。通常使用異丙醇(IPA)進行清洗，但三丙二醇單甲醚(TPM)正作為一種更安全的替代品而越來越受歡迎。無論您將打印件浸入溶劑浴中、使用噴霧瓶還是專用清洗站，目標(biāo)都是去除未固化的樹脂。清洗可防止表面粘性并改善打印件的機械性能。

固化

最后一步是固化。這涉及將打印件暴露在紫外線下，從而引起稱為交聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)。該反應(yīng)將樹脂中的聚合物鏈粘合在一起，使材料凝固并增強其強度。適當(dāng)?shù)墓袒瘜τ趯崿F(xiàn)樹脂的全部強度、硬度和其他特性非常重要。紫外線燈和專用樹脂固化站通常用于此。

不同的樹脂可能需要特定波長的紫外線，因此使用發(fā)射正確光譜的燈很重要。固化時間因樹脂類型、光強度和打印厚度而異。適當(dāng)?shù)墓袒陵P(guān)重要；固化不足會使樹脂變軟變脆，而固化過度會使樹脂變脆。

設(shè)計考慮

圖片5:3D模型的設(shè)計極大地影響了最終打印的強度。

以下是一些需要考慮的重要事項：

壁厚

壁厚越厚，部件越堅固，因為壁厚越厚，材料越厚，越能抵抗斷裂和變形。然而，壁厚越厚，打印時間越長，使用的材料也越多。對于大多數(shù)樹脂打印，建議壁厚至少為1-2毫米，以確保部件堅固，同時平衡材料使用和打印時間。

幾何學(xué)

尖角和邊緣會產(chǎn)生應(yīng)力點，使部件更容易斷裂。使用圓角（圓角）有助于更均勻地分散應(yīng)力并增強部件強度。對于無支撐壁，請確保厚度至少為1毫米，并使用圓角底座以減少接頭處的壓力并防止打印過程中發(fā)生翹曲或脫落。

挖空和排水孔

將樹脂打印件制成空心可以節(jié)省材料并減輕重量，但必須留有排水孔，以防止未固化的樹脂滯留在內(nèi)部。滯留的樹脂會導(dǎo)致壓力不平衡，從而導(dǎo)致裂縫或故障。空心打印件的壁厚應(yīng)至少為2毫米，以保持強度。

應(yīng)用

圖片6：事實證明，堅韌的樹脂在許多情況下都很有用（來源：Formlabs）

現(xiàn)代樹脂的卓越強度不僅僅是理論上的；它正在為各個領(lǐng)域創(chuàng)造令人興奮的新可能性。以下是一些現(xiàn)實世界的例子，展示了強韌樹脂如何改變3D打印應(yīng)用：

功能原型

堅韌的樹脂對于制作功能性原型非常有用，可讓工程師和設(shè)計師制作出能夠經(jīng)受住真實測試的部件。例如，汽車行業(yè)使用Formlabs Tough 2000 Resin等樹脂來3D打印復(fù)雜的卡扣式機構(gòu)、鉸鏈和其他功能部件。這些原型可以承受反復(fù)使用、壓力和沖擊，在投入昂貴的批量生產(chǎn)工具之前，可以對設(shè)計提供寶貴的反饋。

最終用途零件

一些樹脂的強度現(xiàn)在不僅足以制造原型，還足以制造最終用途部件。例如，在制造業(yè)中，夾具和固定裝置（用于在裝配或加工過程中固定和定位工件的工具）正在用堅韌的樹脂進行3D打印。這些打印工具可以承受日常磨損，為傳統(tǒng)制造方法提供了一種經(jīng)濟高效且可定制的替代方案。

創(chuàng)意應(yīng)用

樹脂的強度為藝術(shù)家和業(yè)余愛好者開辟了新的可能性。例如，樹脂珠寶設(shè)計師現(xiàn)在可以制作復(fù)雜而精致的作品，這些作品不太可能破碎。由于堅韌樹脂的強度提高，曾經(jīng)對樹脂來說太脆弱的精致花絲圖案、薄壁和復(fù)雜形狀現(xiàn)在可以可靠地制作出來。此外，樹脂3D打印具有光滑的表面處理和多種顏色，可實現(xiàn)美觀耐用的藝術(shù)創(chuàng)作。令人驚嘆的微縮模型可以增強游戲體驗。

編譯整理：ALL3DP