Pevnost 3D tisku SLS: pevnost, tuhost a houževnatost PA 12

Čísla, která publikuje EOS

Tiskneme bílý PA 12 z prášku PA 2200 od společnosti EOS na tiskárně EOS FORMIGA P 110 Velocis. EOS pro tento materiál publikuje následující hodnoty naměřené na zkušebních tělesech:

Toto jsou materiálové hodnoty pro zkušební tyčinky, nikoliv záruka pro každý díl. Pevnost skutečného dílu závisí také na jeho geometrii, tloušťce stěny, orientaci v tiskové úloze, vrubech a případu zatížení. Pro konstrukční výpočty použijte materiálový list a kritický díl otestujte.

Co tato čísla znamenají v praxi

• Pevnost v tahu kolem 45 MPa je srovnatelná s mnoha vstřikovanými technickými plasty. Háky, držáky a kryty s rozumnými průřezy snesou skutečné zatížení.
• Tažnost při přetržení 18 % v rovině vrstev znamená, že je materiál houževnatý: ohne se dříve, než praskne, což je důvod, proč západky a spony v SLS PA 12 fungují.
• 4 % napříč vrstvami je limit, který je třeba si pamatovat: prvkům, které se ohýbají tak, že jsou vrstvy od sebe odtrhávány, byste se měli vyhnout nebo je orientovat jinak.
• Tuhost je hluboko pod kovy. Tenké stěny se znatelně prohýbají; žebra a větší průřezy dodávají dílům tuhost.

Směr: proč záleží na orientaci

SLS staví díly vrstvu po vrstvě. Každá vrstva je roztavena v celém svém průřezu, takže rozdíl mezi směry je mnohem menší než u tisku z filamentu. Přesto existuje: vazba mezi vrstvami je o něco slabší a tažnost napříč vrstvami je zřetelně nižší. U dílů, které přenášejí tah nebo ohyb v jednom směru, nebo které musí zacvaknout, by kritické namáhání mělo ležet v rovině vrstev. Příprava tisku volí orientaci pro celou tiskovou úlohu; pokud je pro váš díl jeden směr kritický, zmiňte to při objednávce.

Teplota a čas

Teplo

Jako všechny termoplasty, i PA 12 měkne, když se zahřívá. EOS uvádí pro PA 2200 teplotu tvarové deformace 64 °C při 1,80 MPa a 157 °C při 0,45 MPa. Lehce zatížený kryt poblíž teplého motoru je v pořádku; držák nesoucí těžké zatížení při 80 °C nikoliv. Udržujte zatížené díly hluboko pod teplotou tvarové deformace, která odpovídá napětí v dílu.

Tečení (creep)

Při konstantním zatížení se nylon postupem času pomalu deformuje, a to rychleji, když je teplý. Na tom záleží u nalisovaných spojů, svěrných spojů, šroubových spojů a dílů, které nesou zatížení trvale. Navrhujte s rezervou, používejte kovové vložky nebo podložky tam, kde šrouby svírají plast, a otestujte díly, které musí nést zatížení po celé měsíce.

Vlhkost

PA 12 absorbuje mnohem méně vody než PA6 nebo PA66, takže jeho pevnost a tuhost se s vlhkostí mění jen málo. Srovnání najdete v PA12 vs PA11 vs PA6.

SLS nylon v porovnání s jinými tištěnými plasty

Podrobná srovnání: SLS vs FDM a SLS vs SLA.

Jak navrhovat SLS díly pro zatížení

• Používejte žebra místo silných bloků. Žebra dodávají tuhost s minimem materiálu; plné bloky přidávají hmotnost, cenu a smrštění.
• Zaoblujte vnitřní rohy. Ostré vnitřní rohy koncentrují napětí; zaoblení je nejlevnější způsob zvýšení pevnosti.
• Udržujte rovnoměrné stěny. Rovnoměrná tloušťka stěny zajišťuje předvídatelnou pevnost a přesné díly.
• Rozložte bodová zatížení. Použijte nálitky, podložky nebo kovové vložky tam, kde šrouby, čepy nebo háky působí silou; viz závity a tepelně zalisované vložky.
• Dbejte na směr vrstev u ohybových a zacvakávacích prvků; viz zacvakávací spoje.
• Počítejte s tečením a teplem u trvale zatížených nebo zahřívaných dílů.
• Otestujte kritický díl. Zkušební tisk stojí málo s okamžitou cenou; selhávající díl v provozu stojí mnohem více.

Obecná pravidla pro stěny, otvory a minimální detaily najdete v pravidlech pro navrhování SLS.

Povrchová úprava a barvení díl neoslabují

Každý díl je otryskán skleněnými kuličkami a vyleštěn v zařízení DyeMansion Powershot DUAL, což je zahrnuto v ceně; podle společnosti DyeMansion tento proces zhutňuje povrch bez úběru materiálu. Barvení tekutými barvami TCN obarví povrchovou vrstvu, podle společnosti DyeMansion do hloubky asi 0,2 mm u PA 2200, bez vytvoření povlaku. Žádný z těchto kroků nemá za cíl změnit pevnost dílu.

Ráz a únava

PA 12 je houževnatý: díly se před prasknutím spíše deformují a přežijí pády a nárazy, které by křehčí plasty rozbily. Opakované zatížení je jiná věc. Díly, které se ohýbají milionkrát, jako jsou pružiny nebo vibrující držáky, by měly být navrženy s nízkým namáháním, velkorysými zaobleními a bez ostrých zářezů a před použitím by měly být testovány v reálných podmínkách.

Kdy si nechat zkontrolovat návrh

Díly důležité pro bezpečnost, díly pod trvalým zatížením, díly nahrazující kov a díly blízko svého teplotního limitu potřebují více než jen obecná pravidla. Specialisté na prototype.builders s vámi mohou zkontrolovat případ zatížení a záměr návrhu. Více o materiálu v průvodci nylonem PA 12.

Časté dotazy

Jak pevný je SLS nylon PA 12?

Pro PA 2200 uvádí EOS pevnost v tahu 48 MPa ve vrstvách a 42 MPa napříč jimi a tažnost při přetržení 18 % a 4 %. To je v rozsahu mnoha vstřikovaných technických plastů a postačuje to pro držáky, kryty, spony a přípravky navržené s žebry a rovnoměrnými stěnami.

Je SLS pevnější než FDM?

Díly z SLS jsou obecně homogennější: každá vrstva je roztavena v celém svém průřezu, zatímco díly z FDM závisí na spojení mezi vytlačenými liniemi a jsou zřetelně slabší napříč vrstvami. Dobře vytištěný díl z FDM může stále stačit pro lehká zatížení.

Jsou díly z SLS v jednom směru slabší?

Ano, do jisté míry. EOS uvádí 48 MPa ve vrstvách a 42 MPa napříč jimi pro PA 2200; rozdíl v tažnosti při přetržení je větší (18 % oproti 4 %). Díly, které se ohýbají nebo zacvakávají, by měly být orientovány tak, aby kritické namáhání leželo ve vrstvách.

Jak horké mohou být díly z SLS PA 12?

EOS uvádí teplotu průhybu při zatížení pro PA 2200 64 °C při 1,80 MPa a 157 °C při 0,45 MPa a bod tání 176 °C. Tuhost klesá s rostoucí teplotou, takže zatížené díly by měly zůstat hluboko pod těmito hodnotami.

Může SLS nylon nahradit kovové díly?

Někdy, když jsou zatížení mírná a návrh využívá svobodu SLS: žebra, větší průřezy, integrované prvky. PA 12 je mnohem méně tuhý než hliník nebo ocel, takže přímá kopie kovového dílu je zřídka tím správným návrhem.

Podléhají díly z SLS tečení pod konstantním zatížením?

Ano, jako všechny termoplasty se nylon pod konstantním zatížením pomalu deformuje, více při vyšší teplotě. Nalisované spoje, svěrné spoje a díly pod trvalým zatížením by měly být navrženy a testovány s ohledem na tuto skutečnost.