Wussten Sie, dass Sie bestimmte Harze mischen können, um nicht nur eine bestimmte Farbe, sondern sogar die spezifischen mechanischen Eigenschaften des 3D-gedruckten Objekts zu erhalten? Wir sprechen hier vom Mischen der Standard Prusament Model Harze mit flexiblen Flex80-Zusätzen. Und so funktioniert es:

Das Model Harz ermöglicht das Drucken von extrem detaillierten Teilen, es hat eine sehr hohe Shore-Härte und kann bei stärkeren Stößen brechen. Auf der anderen Seite ist das Flex80 Harz weich, flexibel und stoßfest, hat aber eine etwas eingeschränkte Fähigkeit, kleine Details zu drucken. Manchmal möchten Sie vielleicht ein Modell mit physikalischen Eigenschaften drucken, die irgendwo zwischen diesen beiden Materialien liegen. Glücklicherweise lassen sich Prusament Flex80 und Model Harz in jedem beliebigen Verhältnis mischen und helfen Ihnen, die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Und in einigen Fällen können Sie die physikalischen Eigenschaften der thermoplastischen Materialien erreichen und gleichzeitig die feinen Details der MSLA Technologie erhalten.

Es ist etwas komplizierter, als nur 50% von jedem Harz zu mischen, um Eigenschaften zu erreichen, die genau in der Mitte zwischen diesen beiden liegen. Und da die Veränderung der mechanischen Eigenschaften nicht linear ist, haben wir einige grundlegende Tests für Sie durchgeführt. Mit unseren Ergebnissen können Sie die Härte, Zähigkeit und Flexibilität Ihrer gedruckten Produkte ganz einfach auf die Eigenschaften der gewünschten Anwendung abstimmen.

Mechanische Eigenschaften

Lassen Sie uns zunächst über die mechanischen Eigenschaften sprechen. Die Tabelle unten zeigt die Ergebnisse unserer Tests, aber wir möchten Ihnen gerne den gesamten Prozess erklären, wie wir diese Diagramme und Zahlen erhalten haben. Auf diese Weise können Sie die Tests selbst durchführen, wenn Sie möchten.

Die Probekörper wurden mit dem MSLA 3D-Drucker Original Prusa SL1S SPEED gedruckt, mit einem Papiertuch getrocknet und in der CW1S für 0, 3 und 60 Minuten nachgehärtet. Die Proben wurden dann mit der gleichen Methodik getestet, wie sie im TDB auf den Produktseiten des Prusa3D E-Shops beschrieben ist. Wenn Sie überhaupt nichts über die Testmethoden wissen (Zugfestigkeit, Charpy-Schlagzähigkeit…), haben wir in einem unserer älteren Artikel kurz darüber berichtet, auch wenn er sich nicht auf die MSLA-Drucke bezieht, sondern auf Standarddrucke mit Filament.

Zugkraftkurven von Mischungen aus Model und Flex80 Weißharzen, die 0, 3 und 60 Minuten ausgehärtet wurden. Die gepunkteten Linien zeigen Mischungen aus Model Harz (M) und Flex Harz (F), die als Grünkörper (G) getestet wurden. Die gestreiften Linien stellen Mischungen aus Model Harz (M) und Flex Harz (F) dar, die 3 Minuten lang ausgehärtet wurden (C3). Die durchgezogenen Linien schließlich stellen die gedruckten und 60 Minuten lang nachgehärteten Mischungen dar (C60).

Durchschnittswerte der mechanischen Eigenschaften von Model Harz und Flex80 Harzmischungen, die 0, 3 und 60 Minuten ausgehärtet wurden

Der recht hohe Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit (max. Spannung) ungehärteter Model Harz Drucke reichen aus, um hohen Schälkräften während des Drucks standzuhalten, ohne dass es zu Delaminationen oder Verformungen der Schichten kommt. Bei der Nachhärtung härtet das Material aus, und die Werte von Elastizitätsmodul, Maximalspannung und Oberflächenhärte (Shore D) steigen. Andererseits verringern sich die Flexibilität (Dehnung) und die Schlagfestigkeit (Charpy).

Das Flex80 Harz härtet auch durch Nachhärtung aus. Sein unausgehärteter grüner Körper ist sehr weich und hat einen niedrigen Elastizitätsmodul, eine geringe Festigkeit (max. Spannung) und eine geringe Oberflächenhärte (Shore D). Das macht es anfällig für das Einreißen von dünnen Teilen schon beim Drucken. Die Nachhärtung erhöht die Werte aller mechanischen Eigenschaften, was zu einem relativ weichen, flexiblen Material mit ordentlicher Dehnung und hoher Schlagzähigkeit (oberhalb des Messbereichs des verwendeten Prüfgeräts) führt.

Mechanische Eigenschaften von Model und Flex80 Harzmischungen nach 0, 3 und 60 Minuten Aushärtung.

Die mechanischen Eigenschaften der Mischungen korrelieren nicht linear mit den Anteilen von Model und Flex80 Harz – wie eingangs erwähnt, ändert sich das mechanische Verhalten dieser Mischungen nicht auf einfache, geradlinige Weise, wenn Sie die Mengen an Model und Flex80 Harz anpassen. Der wichtigste Übergang geschieht, wenn die Mischung 25 – 50 % (Gewicht) Model Harz enthält. Die Mischung mit 35 % Model Harz hat eine Zugkurve mit einer Streckgrenze bei 25 MPa, einem Elastizitätsmodul von 1,1 GPa, einer maximalen Spannung von 27 MPa und einer Dehnung von ~20 %. Diese Werte mit einer relativ hohen Schlagfestigkeit ähneln den Eigenschaften gängiger thermoplastischer Polymere (die in der FFF-Technologie verwendet werden).

Was bedeutet das nun? Wenn Sie die Basisdaten haben, können Sie das Mischungsverhältnis so abstimmen, dass Sie den gewünschten mechanischen Eigenschaften so nahe wie möglich kommen. Alle mechanischen Eigenschaften korrelieren mit dem Mischungsverhältnis, so dass die resultierenden mechanischen Eigenschaften nur irgendwo zwischen den Eigenschaften von reinem Model Harz und Flex80 Harz liegen. Mit anderen Worten, der Anstieg des Elastizitätsmoduls und der Zugfestigkeit (max. Spannung) ist auch mit einem Anstieg der Oberflächenhärte (Shore D) und einem Rückgang der Flexibilität (Dehnung) und der Schlagfestigkeit (Charpy) verbunden.

Auflösung

Das Flex80 Harz hat eine etwas geringere Auflösung als das Model Harz. Um dies zu visualisieren, haben wir Testobjekte (den Siemens-Stern) in vertikaler Ausrichtung unter Verwendung von Flex80- und Model-Harzen und deren Mischungen gedruckt. Der mittlere Teil des Objekts geht in eine Ellipse über, deren Abmessungen sich mit der Auflösung ändern. Eine Ellipse, die breiter als hoch ist, bedeutet zum Beispiel eine geringere Auflösung in Richtung der z-Achse, denn je horizontaler die Oberfläche ist, desto mehr Material wird durch Überhärtung in Richtung der z-Achse hinzugefügt.

Siemenssterne wurden vertikal mit verschiedenen Mischungen von Model Harz und Flex80 Harz gedruckt. Dies veranschaulicht die Unterschiede in der Druckauflösung und die geringere Druckauflösung von Flex80 Harz in Richtung der z-Achse, die durch die Z-Überhärtung verursacht wird.

Die Größe des verschmolzenen zentralen Teils des vertikal gedruckten Siemens-Sterns nimmt mit zunehmender Menge des Model Harzes bei höherer Druckauflösung ab. Die breitere als die höhere Form des verschmolzenen zentralen Teils von Drucken, die einen hohen Anteil an Flex80-Harz enthalten, ist das Ergebnis einer stärkeren Überhärtung in Richtung der z-Achse.

Visuelles Erscheinungsbild

Schließlich haben wir diesen Prusament Wardragon mit Mischungen aus Model und Flex80 Harzen gedruckt, um die Veränderung der Auflösung einer komplexen Form zu vergleichen. Während die Sichtbarkeit der Details hauptsächlich von der Opazität des Harzes abhängt, die mit abnehmendem Anteil des Model Harzes abnimmt, scheint die Präsenz der Details auf dem gedruckten Objekt trotz der stärkeren Überhärtung des Flex80 Harzes in Richtung der z-Achse mit bloßem Auge nicht beeinträchtigt zu werden.

Das visuelle Erscheinungsbild der gedruckten komplexen Objekte unter Verwendung von weißen Model und Flex80 Harzen und deren Mischungen.

Das visuelle Erscheinungsbild der gedruckten Details unter Verwendung von weißen Model und Flex80 Harzen und deren Mischungen.

Schlussfolgerungen

Wenn Sie Model Harz zu spröde und nicht ausreichend schlagfest für Ihre Anwendung finden, können Sie einfach etwas Flex80 Harz hinzufügen, um es zäher zu machen. Wenn Sie Flex80 Harz zu weich finden, vor allem beim Drucken als Grünkörper, können Sie die Festigkeit durch die Zugabe von etwas Model Harz ein wenig erhöhen. Die Veränderung der Eigenschaften von flexibel zu starr (zäh) ist eine nicht-lineare Funktion der Zusammensetzung. Die deutlichste Veränderung der mechanischen Eigenschaften tritt bei einem Anteil von 25 – 50 % Model Harz (und 50-75 % Flex80) auf. Wir haben festgestellt, dass eine Mischung aus 35 % Model Harz und 65 % Flex80 Harz einen guten Kompromiss bei den mechanischen Eigenschaften bietet (steif, aber dennoch flexibel und schlagfest). Diese Mischung hat die mechanischen Eigenschaften eines zähen Druckharzes mit einer Streckgrenze bei einer Zugkurve nach 60 Minuten Nachhärtung in CW1S.

Gefällt Ihnen die Idee, Ihre Harzzusammensetzungen mit spezifischen mechanischen Eigenschaften zu mischen? Und kennen Sie bereits einige Anwendungen? Lassen Sie es uns in den Kommentaren wissen.

Viel Spaß beim Drucken!