最強的3D列印材料是什麼？ - UltiMaker

毫不誇張地說，讀這篇文章的大多數人都經常想知道“哪種 3D 列印材料最堅固？” 這無疑是一個有趣的問題。每個人都想知道答案的一個。無論您是業餘愛好者還是專家，您的大多數項目都需要堅固耐用的材料。通過本文，我們旨在比較最堅硬的 3D 列印材料並為您提供答案。

但這也引出了一個問題，強度對於 3D 列印材料意味著什麼？

談到 3D 列印，“強大”是什麼意思？

嗯，可以通過多種方式定義 3D 列印材料的強度。其中一些包括硬度、抗衝擊性、抗壓強度等。然而，大多數人關心的兩種最常見的強度類型是拉伸強度和彎曲強度。這就是材料可以分別拉伸和彎曲的程度。在下面的概述中，我們將列出每種材料可以承受的壓力兆帕 (MPa)。這些數字越高，材料在承受這些特定應力時就越“堅固”。我們使用的數字基於Ultimaker 材料的技術數據表。其他品牌的材料可能會有所不同。

用於列印堅固部件的最佳 FFF/FDM 材料

為了比較最強的 3D 列印材料，我們將考慮七種不同的材料。PLA、Tough PLA 、ABS、PC、PET-G、尼龍、PP。哪一個最適合您取決於您的需求、預算和許多其他因素。在本文後面，我們將討論具體的應用以及哪種材料可能最適合它們。

PLA

PLA，即聚乳酸，是一種用途廣泛且流行的 FDM 3D 列印材料。它之所以受歡迎，是因為它易於列印，易於以低廉的價格獲得，並且有多種顏色可供選擇。出於這個原因，它可能是大多數人列印時使用的第一種材料。

由於材料易碎，PLA 通常不因其強度特性而被選中。如果您在預算範圍內列印，PLA 在某些情況下可能是合適的，但如果您的零件需要在斷裂前彎曲，您通常最好使用不同的材料。

PLA特性

抗拉強度：53-59 MPa
抗彎強度：97-101 MPa

Tough PLA

Tough PLA 是普通 PLA 或聚乳酸的更堅固版本。它結合了人們可以從 PLA 中獲得的易於列印的特性，並消除了 PLA 的主要缺點：易碎性。出於這個原因，它非常適合需要一些彈性的功能原型。

堅韌的 PLA 不像普通 PLA 那樣脆，比 ABS 具有更高的拉伸強度，比 ABS 更容易印刷，並且與水溶性支撐材料 PVA 相容。

Tough PLA特性

抗拉強度：45-48 MPa
抗彎強度：83-96 MPa

ABS

ABS，也稱為丙烯腈丁二烯苯乙烯，是一種流行的熱塑性聚合物。它以其耐衝擊性、耐化學性、耐水性和耐熱性而聞名。它還具有出色的高低溫性能，非常適合用於汽車零部件。ABS還具有良好的電絕緣性能，使其成為電氣零件外殼和外殼的良好選擇。

此外，ABS 比大多數材料相對便宜，並且相對容易後處理。因此，它是一種非常適合大批量生產的材料，並被廣泛用於普通產品中。ABS 易於後處理這一事實也意味著它可以粘合和塗漆。

ABS特性

抗拉強度：34-36 MPa
抗彎強度：60-61 MPa

PC

聚碳酸酯長絲 (PC) 是一種堅硬的熱塑性聚合物，耐熱和耐化學品。它是一種高強度材料，設計用於惡劣環境和技術應用。由於其高玻璃化轉變溫度，它具有良好的熱變形，通常還提供具有改進抗衝擊性的版本。

聚碳酸酯長絲在日常生活中有許多應用。與有機玻璃不同，聚碳酸酯不會破碎。它會像硬橡膠一樣彎曲和變形，直到最終斷裂。它還具有出色的光學清晰度。

由於其耐高溫性，聚碳酸酯可能難以使用，這意味著翹曲可能是一個問題。選擇正確的膠水並避免零件中的銳角可以幫助您使用這種材料成功列印。

PC 特性

抗拉強度：43-65 MPa
抗彎強度：89-114 MPa

PETG

PETG 或聚對苯二甲酸乙二醇酯是一種熱塑性聚酯，已通過添加乙二醇進行化學改性以限制結晶並提高韌性。乙二醇的加入提高了 PET 的生產性能、耐用性和成型性。與PLA相比，它具有很強的抗衝擊性和耐磨性，並且可以承受更高的溫度。

由於其優異的性能和相對低廉的價格，PETG 常用於 3D 列印。它是一種很好的工程級材料，可以代替 ABS 使用。它也不太容易翹曲，這意味著更容易列印精確的零件。

PETG特性

抗拉強度：38-44 MPa
抗彎強度：75-79MPa

尼龍

用於 3D 列印的尼龍通常有多種形式：PA6 和 PA6/66，它們是尼龍的更硬版本，以及 PA 12，它是尼龍的柔性類型。尼龍具有有用的品質，使其成為 3D 列印的有吸引力的材料。尼龍既堅固耐用，又富有彈性。這一特性在列印薄壁件時非常有用。此外，尼龍具有高熔點和非常低的摩擦係數，可用於列印齒輪等功能性聯鎖物品。

尼龍作為 3D 列印材料的一個主要缺點是它具有高度吸濕性，這意味著它會吸收水分。這會使列印時難以達到預期的性能。

尼龍特性

抗拉強度：63-65 MPa
抗彎強度：63-83 MPa

PP

聚丙烯 (PP) 是一種廣泛使用的塑料，幾乎可以在任何家庭中找到。它是存儲和包裝應用以及許多傳統製造形式（如注塑成型）的首選材料。PP之所以受歡迎，是因為它具有很高的耐化學性、耐熱性、抗衝擊性和柔韌性。

它的品質使其非常適合食品包裝、戶外暴露、化學品儲罐等應用，甚至是假肢等醫療應用。

PP性能

抗拉強度：10-12 MPa
抗彎強度：13-15 MPa

列印堅固部件的最佳設置

即使不改變您使用的材料也能列印更堅固的部件不是很好嗎？幸運的是，這是可能的。關鍵是優化您的設置。要充分利用您的列印機和材料，您不僅必須自定義用於每種材料的設置，還必須自定義用於每個部件的設置。

以下是一些可以修改以加強您的部分的最佳設置：

填充類型和密度：填充類型和密度是影響列印部件強度的重要因素。填充密度越大，強度越大。但是，通常不建議使用高填充密度，因為它會消耗大量材料並且需要更多時間來列印。要在不增加密度的情況下增加零件的強度，您還可以根據零件的功能更改填充圖案。例如，在抗壓強度測試中，三角形/網格填充顯示出比立方體和螺旋填充模式更高的壓縮強度

對於大多數視覺列印，您可以使用 20% 左右的填充，但對於更堅固的部分，請嘗試超過 50%。另一種方法是使用修改器網格在應力最高的區域選擇性地生成更高的填充密度。

部件方向：部件方向可能不在確保列印效果更佳的步驟清單中，但它至關重要。3D 列印中沿 Z 軸的拉伸強度較弱（與 XY 軸相比，通常為 40-70% 的強度），尤其是在高而薄的列印部件中。因此，您必須仔細定位零件以匹配所需的強度軸。在執行此操作時，您還必須考慮支持結構，並且必鬚根據該特定部分中最重要的內容找到平衡。

外殼厚度：零件的外表面厚度稱為外殼厚度。一般來說，外殼越厚，零件越堅固。基於此，您可以決定零件所需的外殼厚度。殼層厚度是層厚的兩倍通常是一個很好的起點。

後處理更堅固的零件

一旦列印了一部分，工作就沒有完成。通過一些額外的工作，可以增加列印部件的強度。

退火：可以對尼龍、PET、PEEK 和某些形式的 PLA 等半結晶材料進行退火。這是一種熱處理，材料在其結晶狀態下完全轉化，為您提供更堅硬和更堅固的部件。

高強度印刷零件的應用

強大的列印部件具有廣泛的應用，跨越行業和功能。以下是強度至關重要的應用示例以及您可能要考慮使用的材料：

功能原型：功能原型旨在測試和演示正在開發的產品的最終功能。功能原型經過嚴格測試，以便在實際性能期間收集有關部件行為的準確數據。這意味著原型和最終產品的特性必須匹配，以便測試階段生成的數據可以信任。由於功能原型容易磨損，因此它們必須堅固耐用。對於這種應用，通常使用堅韌的 PLA 和 PET-G 長絲。雖然，任何材料都可以是合適的，只要它具有最終將用於大規模生產的材料的特性。

最終用途組件：在列印最終用途部件時，改進的強度特性大大增加了 3D 列印可用於的最終用途應用的數量。聚丙烯通常用於假肢等部件，聚碳酸酯用於眼鏡和電子外殼，聚丙烯、PET-G 或 PEEK 通常用於需要化學接觸的應用。

製造輔助工具：這些是協助製造零件的工具和設備。這些也用於組裝階段以加快零件的組裝速度。建議在此應用中使用更牢固的列印件，因為它們在重複使用時會經歷大量磨損。尼龍和 PET-G 通常是在這裡使用的合適材料。