樹(shù)脂3D打印因其能夠生產(chǎn)具有復雜細節(jié)和光滑表面的部件而受到贊譽(yù)。立體光刻(SLA)及其姊妹技術(shù)掩蔽立體光刻(MSLA/LCD)和數字光處理(DLP)最初因美觀(guān)和原型制作而受到青睞，它們證明了樹(shù)脂不僅外觀(guān)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)(tài)樹(shù)脂，但它們的光源和投影方法有所不同。SLA使用激光來(lái)追蹤物體的形狀，精度較高但速度通常較慢，而DLP使用數字投影儀來(lái)閃現每一層的單個(gè)圖像，速度更快但可能會(huì )犧牲一些分辨率。與DLP類(lèi)似，LCD使用LCD屏幕來(lái)遮擋光線(xiàn)，從而實(shí)現速度和分辨率的平衡。

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

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

在本文中，魔猴網(wǎng)將和大家深入探討高強度樹(shù)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)(fā)揮作用的各種應用。無(wú)論您是工程師、設計師、業(yè)(yè)余愛(ài)好者，還是只是對3D打印的最新進(jìn)展感到好奇，現代樹(shù)脂3D打印的非凡強度和多功能性都會(huì )讓您驚嘆不已。

數量決定力量

圖片1：Elegoo的類(lèi)ABS樹(shù)脂具有強度和細節(jié)處理能力（來(lái)源：Shib_Mc_Ne via Reddit）

談到3D打印樹(shù)脂的強度時(shí)，重要的是要知道“強度”不只是一個(gè)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(shù)脂3D打印的主要強度特性：

抗拉強度：這是樹(shù)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?？估瓘姸仍礁?，樹(shù)脂在拉斷時(shí)斷裂的可能性就越小。

抗彎強度：這衡量了樹(shù)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(shù)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(huì )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(shù)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(kāi)水果需要多大的力，有些水果比其他水果更難切。

接下來(lái)，我們將看看不同類(lèi)型的樹(shù)脂與FDM材料的比較。

樹(shù)脂與FDM

圖片2：FDM（左）和樹(shù)脂（右）打印在外觀(guān)和其他方面均有不同（來(lái)源：DCA_Tabletop via Reddit）

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

抗拉強度

標準樹(shù)脂：大致與PLA（40-50 MPa）和一些PETG混合物（40-60 MPa）相當。

堅韌的樹(shù)脂：性能優(yōu)(yōu)于標準PLA和PETG，有時(shí)甚至達到ABS強度的更高端（高達70 MPa）。

高性能樹(shù)脂：可以輕松超過(guò)大多數常見(jiàn)FDM長(cháng)絲的拉伸強度，有些甚至高達90 MPa。

抗彎強度

標準樹(shù)脂：與PLA相似（約50-60 MPa）。

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

高性能樹(shù)脂：抗彎強度遠遠超過(guò)普通FDM長(cháng)絲的抗彎強度，有些甚至超過(guò)130 MPa。

沖擊強度

標準樹(shù)脂：通常比FDM長(cháng)絲更脆，但不同樹(shù)脂之間可能會(huì )有很大差異。

堅韌樹(shù)脂：旨在吸收沖擊，通常達到或超過(guò)堅韌PLA混合物或ABS的抗沖擊性。

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

通過(guò)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)(yōu)勢，然后讓我們仔細看看影響樹(shù)脂打印的其他因素。

不僅僅是材料

圖片3：支持也發(fā)(fā)揮了作用（來(lái)源：All3DP）

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

應力集中

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

支撐結構

支撐結構對于成功打印樹(shù)脂必不可少，但它們會(huì )在最終打印中產(chǎn)生應力點(diǎn)和潛在的薄弱區(qū)域。打印時(shí)部件的定位方式會(huì )影響需要支撐的位置和數量，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(lái)源：All3DP）

后處理是樹(shù)脂3D打印中的一個(gè)重要步驟，會(huì )影響部件的最終強度和功能。適當的后處理有助于打印件達到最佳機械性能，同時(shí)外觀(guān)也很好。

移除支撐

第一步是移除支撐。打印過(guò)程中需要這些臨時(shí)結構來(lái)支撐懸垂部分和復雜形狀，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(kāi)。如果支撐移除不當，它們會(huì )在表面留下應力點(diǎn)或小裂縫，從而削弱結構。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(zhù)要清潔打印件以去除表面或內部腔體中任何未固化的（液體）樹(shù)脂，根據樹(shù)脂的類(lèi)型，需要考慮不同的因素。通常使用異丙醇(IPA)進(jìn)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(lái)越受歡迎。無(wú)論您將打印件浸入溶劑浴中、使用噴霧瓶還是專(zhuān)用清洗站，目標都是去除未固化的樹(shù)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(xiàn)下，從而引起稱(chēng)為交聯(lián)的化學(xué)反應。該反應將樹(shù)脂中的聚合物鏈粘合在一起，使材料凝固并增強其強度。適當的固化對于實(shí)現樹(shù)脂的全部強度、硬度和其他特性非常重要。紫外線(xiàn)燈和專(zhuān)用樹(shù)脂固化站通常用于此。

不同的樹(shù)脂可能需要特定波長(cháng)的紫外線(xiàn)，因此使用發(fā)(fā)射正確光譜的燈很重要。固化時(shí)間因樹(shù)脂類(lèi)型、光強度和打印厚度而異。適當的固化至關(guān)重要；固化不足會(huì )使樹(shù)脂變軟變脆，而固化過(guò)度會(huì )使樹(shù)脂變脆。

設計考慮

圖片5:3D模型的設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(shí)間越長(cháng)，使用的材料也越多。對于大多數樹(shù)脂打印，建議壁厚至少為1-2毫米，以確保部件堅固，同時(shí)平衡材料使用和打印時(shí)間。

幾何學(xué)

尖角和邊緣會(huì )產(chǎn)生應力點(diǎn)，使部件更容易斷裂。使用圓角（圓角）有助于更均勻地分散應力并增強部件強度。對于無(wú)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(guò)程中發(fā)(fā)生翹曲或脫落。

挖空和排水孔

將樹(shù)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(shù)脂滯留在內部。滯留的樹(shù)脂會(huì )導致壓力不平衡，從而導致裂縫或故障?？招拇蠐〖謀諍駪遼贋?/span>2毫米，以保持強度。

應用

圖片6：事實(shí)證明，堅韌的樹(shù)脂在許多情況下都很有用（來(lái)源：Formlabs）

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

功能原型

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

最終用途零件

一些樹(shù)脂的強度現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)(yè)中，夾具和固定裝置（用于在裝配或加工過(guò)程中固定和定位工件的工具）正在用堅韌的樹(shù)脂進(jìn)行3D打印。這些打印工具可以承受日常磨損，為傳統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 )(chuàng)意應用

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

編譯整理：ALL3DP