SLA樹脂強度：3D打印樹脂強度有多高？

魔猴君  知識堂   76天前

樹脂3D打印因其能夠生產具有復雜細節和光滑表面的部件而受到贊譽。立體光刻(SLA)及其姊妹技術掩蔽立體光刻(MSLA/LCD)和數字光處理(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。

這三種技術的基本原理都是利用光逐層固化液態樹脂，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使用數字投影儀來閃現每一層的單個圖像，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，從而實現速度和分辨率的平衡。

許多樹脂與這三種技術兼容，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？傳統上，樹脂3D打印與熔融沉積成型(FDM)打印相比，被認為有些脆弱。然而，樹脂配方的最新發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揮作用的各種應用。無論您是工程師、設計師、業余愛好者，還是只是對3D打印的最新進展感到好奇，現代樹脂3D打印的非凡強度和多功能性都會讓您驚嘆不已。

數量決定力量

圖片1：Elegoo的類ABS樹脂具有強度和細節處理能力（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，我們可以根據樹脂的類型進行一些一般比較。這些樹脂可以是標準樹脂（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、耐化學性等）。

抗拉強度

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

堅韌的樹脂：性能優于標準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常見FDM長絲的拉伸強度，有些甚至高達90 MPa。

抗彎強度

標準樹脂：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：抗彎強度遠遠超過普通FDM長絲的抗彎強度，有些甚至超過130 MPa。

沖擊強度

標準樹脂：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，有些樹脂優先考慮其他性能而不是抗沖擊性。

通過對技術的一般比較，我們可以更廣泛地了解不同工藝和材料的優勢，然后讓我們仔細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生重大影響。

應力集中

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生應力點。這些應力點可能是薄弱點，而部件的放置方式會影響這些薄弱點與所施加力的關系。

支撐結構

支撐結構對于成功打印樹脂必不可少，但它們會在最終打印中產生應力點和潛在的薄弱區域。打印時部件的定位方式會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。適當的后處理有助于打印件達到最佳機械性能，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構來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。如果支撐移除不當，它們會在表面留下應力點或小裂縫，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）樹脂，根據樹脂的類型，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，從而引起稱為交聯的化學反應。該反應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。適當的固化對于實現樹脂的全部強度、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。適當的固化至關重要；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，打印時間越長，使用的材料也越多。對于大多數樹脂打印，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

尖角和邊緣會產生應力點，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部。滯留的樹脂會導致壓力不平衡，從而導致裂縫或故障。空心打印件的壁厚應至少為2毫米，以保持強度。

應用

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）

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

功能原型

堅韌的樹脂對于制作功能性原型非常有用，可讓工程師和設計師制作出能夠經受住真實測試的部件。例如，汽車行業使用Formlabs Tough 2000 Resin等樹脂來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，為傳統制造方法提供了一種經濟高效且可定制的替代方案。

創意應用

樹脂的強度為藝術家和業余愛好者開辟了新的可能性。例如，樹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。由于堅韌樹脂的強度提高，曾經對樹脂來說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。此外，樹脂3D打印具有光滑的表面處理和多種顏色，可實現美觀耐用的藝術創作。令人驚嘆的微縮模型可以增強游戲體驗。

編譯整理：ALL3DP