חומרים משותפים FDM Filament for Engineering Applications

מודל ייצור מודרך (FDM) התפתח מחידוש מהיר לטכנולוגיות ייצור לגיטימיות לפרויקטים הנדסיים.חומר ה-Filament שתבחרו קובע ישירות את הביצועים המכניים, יציבות תרמית, עמידות כימית, ועמידות ארוכת טווח של חלקי ההדפסה שלך.מהנדסים עובדים עם FDM חייבים להבין לא רק את שמות החומרים, אלא גם את ההתנהגות האמיתית שלהם תחת עומס, טמפרטורה, סביבה, מספק דרישות ספציפיות של Fila.

הנדסה חדשנית: נכסים וביצועים

ארבעת ההתפרצויות הנפוצות ביותר של FDM -PLA, ABS, PETG ו- ניילון - כל אחד מהם תופס עמדה ייחודית בנוף החומרי ההנדסי.הבנת התכונות המכאניות שלו, דרישות העיבוד, ו מצבי הכישלון חיוניים לקבלת החלטות מושכלות.

PLA (Polylactic Acid)

PLA נשאר ה-FDM הנגישה ביותר, אך מפטר אותו כחומר חובבני בלבד המשקיף על יישומי ההנדסה הלגיטימיים שלו.PLA מציגה כוח רב-עוצמה של כ-50-60 MPa ומודולולוציות גמישות של 3–4 GPa, מה שהופך אותו מתאים לא-מבנה אבטיפוס, ג'יגס ותיקוןים שפועלים בחדר השינה הנמוך שלו (כ-1.4 מעלות) ל- 10 מעלות צלזיוס (כלומר, כלומר, ל- 10 מעלות) ל- C).

עם זאת, טמפרטורת המעבר של PLA (Tg) של 55-60 מעלות צלזיוס מגבילה את השימוש שלה בסביבות חמות או ליד מקורות חום.חלקים שנותרו במכונית ביום קיץ יהיה deform. PLA הוא גם מתפתל, עם הסתמכות על הפסקה בדרך כלל מתחת ל -10%, כלומר זה נכשל באופן קטסטרופלי תחת עומסים פתאומיים ולא להיכנע.

(FLT:0) מקרים השימושיים הטובים ביותר: איורים חזותיים 1 (איור 1), מודלים מתאימים לצורה, תיקונים נמוכים וכלי הקרבי שבו הדיוק חשוב יותר מחוזק או עמידות בחום.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

ABS היה סוס עבודה של הדפסה FDM הנדסה כבר עשרות שנים. טווחי הכוח הרבניים שלה מ 30-50 MPa, אבל היתרון העיקרי שלה הוא התנגדות השפעה - לא פגע ערכי ההשפעה של 200-400 J / הם להפוך אותו קשה יותר מאשר PLA. ABS יש גם Tg גבוה יותר של כ 105 מעלות צלזיוס, המאפשר חלקים לשרוד בסביבות זה היה לרכך PLA.

הבורסות הן משמעותיות.AB דורש מיטה מחוממת (90–110 מעלות צלזיוס) ומדפסה סגורה למניעת רינג ודיכאון הנגרמת על ידי התכווצות תרמיות.זה פולט styrene fumes במהלך הדפסה, ניכוי מספיק או סינון מינימלי או סינון.AB הוא גם hygroscopic, אם כי פחות אגרסיביות מ-Metamps מודפסים ביתרונות של ABS, אשר דורשות, כלומר, לאחר ניתוח משטח חזק, כדי לפירוק, כדי לפירוק, כדי לפירוק, כדי לפירוק, חסימת, חסימת כיסוי מים קשיח, כלומר, כולל, כדי לפירוק, חסימת כיסוי, חסימתם, חסימת כיסוי מים קשיח, כלומר, כלומר, כלומר, צמיגים קשיח, כדי לפירוק, סגסוגת, סגסוגת, כדי לפירוק, גם כן, גם כן, עם זאת, סגסוגת של צמיגים של חומרים קשיחות, כדי להפחית את הפחתת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם פחות אגרסיביות, עם זאת, עם פחות אגרסיביות, עם פחות אגרסיביות, לאחר מכן, עם פחות אגרסיביות, אם כי פחות אגרסיביות, כדי להפחית את הפחתת סגסוגת של חומרים קשיחות, כדי להפחית את הפחתת סגסוגת

(FLT:0) מקרים השימושיים הטובים ביותר: אבטיפוס פונקציונליים 1:1, רכיבי פנים של רכב, דוקטרקט, מחסנים וחלקים הדורשים התנגדות השפעה ותהליכים שלאחר עיבוד.

PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)

PETG משקף איזון בין יכולת ההדפסה של PLA לבין הביצועים הכימיים / השנימליים של ABS.עם כוח רב-עוצמה של כ 45-55 MPa והמשך הפסקה של 15-30%, PETG הוא חזק ודוכסי.ה Tg של כ 80 מעלות C מקומות זה בין PLA ו- ABS בביצועים תרמיים.

מבחינה הנדסית, ההתנגדות הכימית של PETG היא תכונה בולטת.זה מתנגד לחומצות רבות, בסיסים ו פותרים שיפילו ABS או PLA. זה הופך אותו מתאים לרכיבים מתפתלים נוזליים, מיכלי אחסון כימיים, וציוד חיצוני חשופים ל-UV וללחות.PETG הוא גם תואם את ה- FDA ליצירת קשר בנוסחאות מסוימות.

(ב) במקרים הטובים ביותר:0) שימוש במקרים של שימוש: 1FLT:1 מכולות פלויד, אולמות חיצוניים, חלקי מגע מזון ויישומים הדורשים איזון של כוח, טוהר והתנגדות כימית.

ניילון (Polyamide)

כריות ניילון מייצגות את השכבה העליונה של חומרים הנדסיים נגישים עבור FDM. עם כוחות פילים החל מ 45-85 MPa (בהתאם לדרגה ומיזוג), הזזנות בהפסקה של 20-60%, והתנגדות לביש מעולה, ניילון הוא החומר של בחירה עבור חלקים נעים, הילוכים, ורכיבים מבניים.

ניילון הוא אגרסיבי hygroscopic, סופג עד 10% לחות על ידי משקל מהאוויר המטבולי.דפס עם ניילון רטוב מוביל בועות קיטור, פגמים על פני השטח, והשפלה חמורה של תכונות מכניות.ייבוש filaments לתוכן לחות מתחת 0.2% הוא חובה, בדרך כלל דורש מייבש ייעודי ב 70-90C עבור 6-12 שעות. ניילון גם דורש טמפרטורות גבוהות (250-C) כמו דבקים) לעתים קרובות.

(ב) [15] במקרים שבהם נעשה שימוש: 1101; מהדורות, טבלאות, נביחות, סטיות, סטיות מותאמות, רכיבים עמידים בלבוש, וחלקים הדורשים טיהור גבוה והתנגדות לעייפות.

הנדסה מיוחדת: Composites and High-Performance Materials

כאשר thermoplastics סטנדרטי לא יכול לענות על הדרישות של יישום, סדקים מיוחדים מציעים תכונות מכניות, תרמי, או פונקציונליות משופרים.חומרים אלה בדרך כלל דורשים חומרה מתקדמת יותר ושליטה בתהליך הדוק יותר.

פחמן סיבים Reinforced Composites

סיבים פחמן מורכבים ממטריקס תרמופלסטי (בדרך כלל ניילון, PETG, או Polycarbonate) טעון עם סיבי פחמן קצוצים.הסיבים מגבירים את הנוקשות באופן דרמטי: פחמן סיבים פחמן יכול להיות מודולים גמישים של 6-12a בהשוואה 1-3 עבור פחמן טהור, גם משפר, למרות לעתים קרובות יותר צנועים סיביים.

הדפסה של סיבים פחמן פיגמנטים דורשות משקע פלדה קשיח כי סיבים abrasive ללבוש קשקשים סטנדרטיים פלזיט הדפסה אחת. שכבה החזה יכול להיות מודאג כי הסיבים להפריע אגירת אג"ח; annealing הוא לעתים קרובות הכרחי כדי לממש את הפוטנציאל מכני המלא. עבור aerospace Jigs, מצעים, משקל, וחלקים מבניים, פחמן מציעים ביצועים מורכבים על פני האלומיניום מתקרב.

(FLT:0) מקרים השימושיים הטובים ביותר: FLT:1; קל משקל אור של ברקים מבניים, מסגרת מזל"טים, רכיבי רכב מתחת לגיל, וכלי הדורש נוקשות גבוהה.

זכוכית סיבים

בדומה לקונספט סיבים פחמן, סיבים זכוכית משתמשים ב סטרנדים זכוכית קצוצים כדי להגביר את הנוקשות, חום דה השתקפות טמפרטורה, ויציבות ממדית. סיבי זכוכית הוא פחות יקר מאשר סיבים פחמן ומייצר חלקים עם מנטה, מעט קשה לסיים.השיפורים של הנכס מכני הם משמעותיים אך נמוך יותר מאשר סיבים פחמן שווה ערך.

(ב) במקרים של שימוש:0) במקרים הטובים ביותר: FLT:1 חלקים מבניים גדולים, ג'יגים ותיקוןים, ומרכיבים הדורשים נוקשות גבוהה בעלות נמוכה יותר מאשר מרוכבים סיבי פחמן.

פסיקות גמישות ואסטומריות (TPU/TPE)

הפוליאוריטים של Thermoplasticurethane (TPU) ו- thermoplastic elastomer (TPE) filaments מייצרים חלקים דמויי גומי עם דירוגי קשיות חוף החל מ 60A עד 95A חומרים אלה יכולים למתוח עד 300-600% השתוקקות תוך שמירה על התאוששות גמישה.TPU הוא נפוץ יותר ב FDM כי הוא מציע יכולת הדפסה טובה יותר מאשר להקות רכות.

הדפסה של סדקים גמישים דורש זרם ישיר-מנועי; Bowden ההתקנה נאבקים עם עמידה של המהירויות הדפסה איטיות (15-30 מ"מ /s) ותגובה מינימלית הם אופייניים.חלק הגדרות קירור יש להתאים כדי למנוע מחרוזת תוך הבטחת שכבה נאותה. Soft TPU (be 85A) יכול להיות קשה להדהים ללא התמחויות חמות.

(ב) ,0) מקרים שבהם נעשה שימוש: 1FLT:1 Seals, Gaskets, הריט, עליות לבישים וחלקים הדורשים ציות או קליטת הלם.

הנדסה גבוהה הנדסת טמפרטורי

עבור יישומים שבהם חומרים סטנדרטיים נכשלים, קשקשים עתירי זמן גבוהים כגון Polycarbonate (PC), Polyetherimide (PEI / ULTEM), ופוליוישרלון (PEEK) מציעים יציבות תרמית עד 200 מעלות C או גבוה יותר. פוליקרבונט פוליקרבונט מספק התנגדות משמעותית יותר מאשר ABS עם Tg של כ -150 מעלות צלזיוס (IUL) מציעה להבה גבוהה, וקיבולת כימית, שהופכת ערך, עם יעילות גבוהה יותר, עם יעילות גבוהה, עם יעילות גבוהה יותר, עם יעילות גבוהה יותר, עם יעילות גבוהה יותר, 000 גבוהה, וקיבולת מכנית גבוהה יותר, וקיבולת מכנית גבוהה יותר, 000 גבוהה.

חומרים אלה דורשים מדפסות מיוחדות עם תאים סגורים המסוגלים לשמור על טמפרטורות מקוטבות של 60-150 מעלות צלזיוס, כל מילימטר חם מגיע 350-450 מעלות צלזיוס, ו מיטות מחוממות.העלות היא משמעותית: PEEK fila יכול לעלות על 500 $ ל-Klogram.דרישות שלאחר עיבוד, כולל annealing ולעתים מאצ'ינג, להוסיף עוד ועוד מורכבות.

(FLT:0) מקרים שבהם נעשה שימוש: 1FLT) חלקי פנים אוויריים, שתלים רפואיים, ציוד טיפול סמי-מוליכים למחצה, ורכיבים חשופים לסביבות תרמיות או כימיות קיצוניות.

תכונות חומריות השוואתיות ל- Engineering Selection

בחירת הפשילה האופטימלית דורשת הערכה של מספר רב של ממדים במקביל.אין חומר אחד שהצטיין בכל הקטגוריות; שיפוט הנדסי חייב לאזן סדרי עדיפויות מתחרות.

(FLT:0) כוח מכני: 1.FLT 1 עבור כוח רבילי, ניילון וסיבים פחמן מרוכבים להוביל, ואחריו PETG ו PLA. עבור התנגדות השפעה, ABS ופוליקרבונט החוצה פורמול PETG ו PLA. עבור נוקשות, סיבים פחמן מרוכבים וסיבים זכוכית לשלוט.

(FLT:0) ביצועים נורמטיביים: FLT:1 חומרים סטנדרטיים מדורג מ PLA (Tg 55 ° C) דרך PETG (80 ° C), ABS (80 ° C), ניילון (70-90 ° C), למחשב PC (150 ° C) ו- PEEK (250 מעלות שירות רציף טמפרטורות הן בערך 20-30 מעלות מתחת Tg עבור רוב התרמופלסטיים.

התנגדות:0Chemical Resistance:FLT:1 PETG בדרך כלל מציע את ההתנגדות הכימית הטובה ביותר בין סדקים סטנדרטיים. ניילון הוא עמיד בפני פחמימנים רבים אך רגיש לחומצות.AB הוא מוזנח על ידי קטונים וסטרים.

(FLT:0)Printability: ⁇ FLT:1 , PLA הוא הקל ביותר. PETG הוא מעט תובעני יותר אך עדיין סלחני. ABS דורש חסימה ואוורור. ניילון דורש ייבוש וטמפרטורות גבוהות. pEEK ו PEI דורש חומרה ברמה תעשייתית ואופטימיזציה נרחבת.

בחירה מעשית של פרויקטים הנדסיים

מעבר לגליונות נתונים חומריים, כמה גורמים מעשיים משפיעים על בחירת השחית בזרימות עבודה הנדסיות אמיתיות.

דרישות עומס:0 (mechanical לטעון דרישות:FLT:1hil) עבור חלקים תחת עומס סטטי מתמשך, לשקול עמידות חולפת. ניילון ו- PETG לבצע טוב יותר מאשר PLA ו- ABS תחת עומס מתמשך.עבור טעינה מחזורית, עמידות עייפות היא קריטית - Nylon ופוליקרבונט הם מעלים.

(FLT:0) חשיפה סביבתית:FLT:1 בחוץ חלקים דורשים התנגדות UV. PETG ו- ABS עם ייצוב UV לבצע ביצועים סבירים. PLA מדרגות תחת חשיפה UV בתוך חודשים. חשיפה Moisture מעדיף PETG ו- Polycarboncarbonate.חשיפה כימית דורש בדיקות תאימות ספציפית חומרים - תמיד לאמת עם ⁇ התנגדות כימית.

(FLT:0) הדפסה של יכולת ורכיבה: ההרחבה:ראה את יכולות המדפסת שלך.האם יש לו תא סגור?האם זה יכול להגיע לטמפרטורה של 300 מעלות צלזיוס?יש לך מייבש filamenter? 1 לשקול את העלות של שדרוג חומרה חייב להיות מופקדת לתוך ברירה חומרית.פוסט-מעבד גם משנה: annealing יכול לשפר את הכוח בפחמן ו-PGET יכול לגרום לשינויים חלקיים רק עם פונקציות חלקיות.

(FLT:0) לעומת ביצועי המסחר: ההרחבה: ההרחבה: ההרחבה: ⁇ FLT:1 ; PETG היא 20–35/kg. ABS הוא 20-30/kg. טווחי ניילון מ- 35-70/kg. סיבי פחמן מרוקדים בטווח של 40–100 / ק"ג.

תוצאות חיפוש עבור הנדסה חלקים

עיבוד פוסט יכול לשפר באופן משמעותי את התכונות מכניות ואסתטיות של חלקי FDM, אבל השיטות משתנות על ידי חומר.

(FLT:0) Annealing:FLT:1 heating חלקים מודפסים לטמפרטורה בדיוק מתחת ל Tg שלהם מקל על לחצים פנימיים ומשפר גבישי בפולימרים חצי-קריסטליים כמו ניילון ו- PETG. Parts הם בדרך כלל annealed ב 80-120 מעלות צלזיוס למשך 1–4 שעות, ולאחר מכן קריר לאט.

(FLT:0)Surface Endue: 1FLT:1 PLA ו PETG הם בדרך כלל חולפים וצבעוני. ABS מגיב ל-Acetone vapor חלקה. ניילון קשה לצייר ללא ראשי תיבות מיוחדים.פחמן סיבים דורשים כיסויי יהלומים עבור השלמת חלקים פונקציונליים, פני השטח הוא לעתים קרובות פחות חשוב מאשר השגת חומר ממדי ומורכב.

(FLT:0Chemical חלקה ואיטום: ההרחבה 1) עבור חלקים מתפתלים נוזליים, חותם כימי יכול לחסל את הבועות. Vapor חלקה עם acetone עובד עבור ציפוי אפיקס יכול לאטום חלקים עשויים מכל filament. עבור יישומים הקשורים למזון, לאמת את המערכת כולה - סינון, ציפוי, ותהליך - דרישות רגולטוריות.

עלויות ניתוח ושיקולי שרשרת אספקה

עלויות חומריות לפרויקטים הנדסיים FDM מרחיבות מעבר למחיר ה-Filament. אספקת החומרים הניתנת להחלפה היא קריטית לסביבות ייצור. סדקים מיוחדים רבים, במיוחד יצרני סיבים פחמן ופולימרים עתירי עתירי זמן גבוהים, מיוצרים על ידי מספר מוגבל של יצרנים. זמני מוביל יכולים להשתנות באופן משמעותי.זה מומלץ להעפיל ספקים מרובים ולשמור על מלאי עבור פרויקטים קריטיים.

איכות הייצור של FLT:0 (Filament Manufacturing Quality: FLT:1hil סובלנות (±0.02 מ"מ או טוב יותר הוא אופייני עבור משחות ברמת הנדסה), אריזה לחות (vacuum-sealed with desiccant), ו עקביות אצווה הם גורמים המשפיעים ישירות על אמינות הדפסה.-עלות נמוכה יש לעתים קרובות סובלנות רחבה יותר ותכונות חומרים לא עקביות, המוביל לביצועים מכניים בלתי צפויים.

(FLT:0) גניבת פסולת ותשואות: חלקי הנדסה 1FLT דורשים לעתים קרובות הסרת הדפסה כושלת, תמיכה בבניית הסרת מבנה, ולאחר עיבוד דחיית.מודל עלות ריאלית כולל 15-25% פסולת בממוצע, יותר עבור גיאוגרפיות מורכבות או חומרים קשים כמו ניילון או PEEK. גורם זה לתוך תקציב חומרי.

מגמות מתפתחות בחומרי FDM להנדסה

(החומרים של FDM ממשיכים להתפתח.כמה מגמות שווה ניטור עבור יישומים הנדסיים.FLT:0Bio מבוסס ומחזר filamentsFLT:1 צוברים מערכת, עם PETG ממוחזר ו- PLAערובות המציעות השפעה סביבתית מופחתת ללא ביצועים גדולים מסחר-offs.FLT:2Multi-חומרי ומבנים ⁇ FLT3, הופכים להיות כפולים עם תכונות חד-פריות עם תכונות חד-פריות.

עבור מהנדסים העובדים עם FDM, המיומנות החשובה ביותר אינה ממתנת מפרטים חומריים, אלא הבנת האינטראקציה בין תכונות חומריות, פרמטרים של תהליך הדפסה, ואת הדרישות הספציפיות של היישום. חלק שאינו נכשל בתחום הוא לא כישלון חומרי - זה עיצוב וכישלון בחירה. על ידי יישום ניתוח הנדסי קפדני לבחירה fila, אתה יכול לייצר חלקי FDM כי לפגוש או מעבר לביצוע של רכיבים המיוצרים באופן מסורתי.

(ב) לקריאה נוספת על תכונות חומריות ובדיקת תקני, להתייעץ עם בסיס הידע של המחקר:0MatWeb Database Properties, ראשי תיבות של נתונים מפורטים (FLT:2Prusa Research BaseFLT:0MatWeb material Property Database, Promentation for a wide of filaments, and FLT:4K4DPFLT:5 מפרסם באופן קבוע ביקורות השוואתיות של חומרים מיוחדים עבור ®5Fintdatori-Finteramceramtture and Pro, ו-F.