Czy wiesz, że możesz mieszać niektóre żywice, aby nie tylko uzyskać określony kolor, ale także uzyskać konkretne właściwości mechaniczne wydruku 3D? Mowa o mieszaniu standardowej żywicy Prusament Model z elastyczną Flex80. Oto jak to działa.

Żywica typu Model pozwala drukować niezwykle szczegółowe modele, ma wysoką twardość w skali Shore’a i pęka przy uderzeniach. Z drugiej strony żywica Flex80 jest miękka, elastyczna i odporna na uderzenia, ale ma odrobinę niższą szczegółowość. Możesz potrzebować modelu o właściwościach fizycznych stanowiących kompromis tych materiałów. Na szczęście żywice Prusament Flex80 i Model mogą być mieszane w dowolnych proporcjach, co pozwala osiągnąć pożądane właściwości. W niektórych przypadkach możesz osiągnąć właściwości fizyczne podobne do materiałów termoplastycznych, zachowując przy tym najdrobniejsze szczegóły technologii MSLA.

Jest to nieco bardziej skomplikowane niż tylko zmieszanie 50% każdej żywicy w celu uzyskania właściwości pośrednich. A ponieważ zmiana właściwości mechanicznych nie jest liniowa, przeprowadziliśmy dla Ciebie podstawowe testy. Biorąc pod uwagę wyniki naszych badań, możesz łatwo dostosować twardość, wytrzymałość i elastyczność wydruków do własnego zastosowania.

Właściwości mechaniczne

Najpierw porozmawiajmy o właściwościach mechanicznych. Poniższa tabela przedstawia wyniki naszych testów, ale chcielibyśmy wyjaśnić cały proces, tzn. w jaki sposób uzyskaliśmy te wykresy i liczby. W ten sposób możesz przeprowadzić testy samodzielnie, jeśli chcesz.

Próbki testowe zostały wydrukowane na drukarce 3D Original Prusa SL1S SPEED w technologii MSLA, osuszone ręcznikiem papierowym i utwardzone w CW1S przez 0, 3 i 60 minut. Próbki zostały następnie przetestowane przy użyciu tej samej metodologii, która została opisana w TDS dostępnym na stronach produktów w sklepie internetowym Prusa3D. Jeśli nie wiesz nic o metodach testowania materiałów (wytrzymałość na rozciąganie, udarność Charpy’ego…), omówiliśmy je pokrótce w jednym z naszych starszych artykułów, choć nie ma to związku ściśle to z technologią MSLA, a raczej ze standardowymi wydrukami z filamentu.

Krzywe wytrzymałości na rozciąganie wydruków z żywicy Model oraz Flex80 w kolorze białym, utwardzane przez 0, 3 i 60  minut. Linie kropkowane przedstawiają mieszaniny żywicy typu model (M) i żywicy elastycznej (F) testowane jako greenbody, czyli bez utwardzania (G). Linie kreskowane przedstawiają mieszaniny żywicy typu model (M) i żywicy elastycznej (F) utwardzane przez 3 minuty (C3). Wreszcie, ciągłe linie reprezentują mieszaniny wydrukowane i utwardzane przez 60 minut (C60).

Uśrednione wartości właściwości mechanicznych mieszanek żywic Model i Flex80 po utwardzaniu przez 0, 3 i 60 minut

Dość wysoki moduł sprężystości i wytrzymałość na rozciąganie (maksymalne naprężenie) nieutwardzonych wydruków z żywicy Model są wystarczające, aby wytrzymać duże siły odrywania podczas drukowania, nie dopuszczając do rozwarstwiania czy deformacji warstw. Po utwardzeniu materiał usztywnia się, a wartości modułu sprężystości, maksymalnego naprężenia i twardości powierzchni (Shore D) rosną. Z drugiej strony, elastyczność (wydłużenie) i udarność (Charpy) są zmniejszone.

Żywica Flex80 również sztywnieje po utwardzaniu. Nieutwardzony wydruk typu greenbody jest bardzo miękki, o niskim module sprężystości, wytrzymałości (maksymalne naprężenie) i twardości powierzchni (Shore D). Sprawia to, że jest podatny na rozerwanie cienkich części nawet podczas drukowania. Utwardzanie po drukowaniu podnosi wszystkie właściwości mechaniczne, prowadząc do uzyskania stosunkowo miękkiego, elastycznego materiału o przyzwoitym wydłużeniu i wysokiej odporności na uderzenia (powyżej zakresu pomiarowego urządzenia używanego do badań).

Właściwości mechaniczne mieszanek żywic Model i Flex80 po utwardzaniu przez 0, 3 i 60 minut.

Właściwości mechaniczne mieszanin korelują nieliniowo z proporcjami mieszanki żywicy Model i Flex80 – jak wspomnieliśmy na początku, właściwości mechaniczne tych mieszanek nie zmieniają się liniowo proporcjonalnie do zmiany stężenia żywic Model i Flex80. Główne przejście następuje, gdy mieszanina zawiera 25-50% (wagowo) żywicy Model. Mieszanina zawierająca 35% żywicy Model ma krzywą rozciągania z granicą plastyczności 25 MPa, modułem sprężystości 1,1 GPa, maksymalnym naprężeniem 27 MPa i wydłużeniem ~20%. Wartości te, przy stosunkowo wysokiej odporności na uderzenia, przypominają właściwości popularnych polimerów termoplastycznych (używanych w druku FFF).

Co to oznacza? Mając podstawowe dane, możesz regulować proporcje mieszanki, aby uzyskać właściwości mechaniczne jak najbardziej zbliżone do wymaganych. Wszystkie właściwości mechaniczne korelują z proporcjami mieszaniny, więc wynikowe cechy leżą tylko gdzieś pomiędzy prezentowanymi przez wydruk z czystej żywicy Model i Flex80. Innymi słowy, wzrost modułu sprężystości i wytrzymałości na rozciąganie (maksymalne naprężenie) wiąże się również ze wzrostem twardości powierzchni (Shore D) oraz spadkiem elastyczności (wydłużenia) i odporności na uderzenia (Charpy).

Rozdzielczość

Żywica Flex80 ma nieznacznie niższą rozdzielczość niż żywica Model. Aby to zwizualizować, wydrukowaliśmy obiekty testowe (gwiazdę Siemensa) w orientacji pionowej z Flex80 i Model oraz ich mieszanek. Środkowa część wydruku łączy się w elipsę, której wymiary zmieniają się wraz z rozdzielczością. Na przykład szersza niż wyższa elipsa oznacza niższą rozdzielczość w osi Z, ponieważ im bardziej pozioma jest powierzchnia, tym więcej materiału jest dodawane przez utwardzanie w kierunku osi Z.

Gwiazdy Siemensa zostały wydrukowane w pionie przy użyciu różnych mieszanek żywic Model i Flex80, ilustrując różnice w rozdzielczości druku i niższą rozdzielczość druku żywicy Flex80 w kierunku osi Z spowodowaną nadmiarowym utwardzaniem.

Rozmiar połączonej centralnej części pionowo wydrukowanej gwiazdy Siemensa zmniejsza się wraz ze wzrostem ilości żywicy Model przy wyższej rozdzielczości wydruku. Szerszy niż wyższy kształt połączonej centralnej części wydruków zawierających dużą ilość żywicy Flex80 jest wynikiem bardziej znacząco nadmiernego utwardzania w kierunku osi Z.

Wygląd

Na koniec wydrukowaliśmy nasz sztandarowy Prusament Wardragon używając mikstury żywic Model i Flex80, aby porównać zmianę rozdzielczości tak skomplikowanego kształtu. Podczas gdy widoczność detali zależy głównie od nieprzezroczystości żywicy, która maleje wraz ze zmniejszającą się porcją żywicy Model, ich obecność na wydruku wydaje się być niedostrzegalna gołym okiem pomimo bardziej znaczącego nadmiarowego utwardzenia żywicy Flex80 w Z.

Wygląd skomplikowanych wydruków z białych żywic Model i Flex80 oraz ich mieszanek

Wygląd wydrukowanych detali z białych żywic Model i Flex80 oraz ich mieszanek.

Podsumowanie

Gdy okaże się, że żywica Model jest zbyt krucha i niewystarczająco odporna na uderzenia w danym zastosowaniu, możesz dodać trochę żywicy Flex80, aby podbić jej wytrzymałość. Gdy okaże się, że żywica Flex80 jest zbyt miękka, zwłaszcza w formie green body, możesz nieco zwiększyć jej wytrzymałość, dodając trochę żywicy Model. Zmiana właściwości z elastycznych na sztywne (twarde) jest nieliniową funkcją składu. Najbardziej zauważalna zmiana właściwości mechanicznych występuje w proporcji 25-50% żywicy Model (i 50-75% Flex80). Stwierdziliśmy, że mieszanina 35% żywicy Model i 65% żywicy Flex80 zapewnia dobry kompromis właściwości mechanicznych (sztywność, a jednocześnie elastyczność i odporność na uderzenia). Mieszanina ta ma właściwości mechaniczne twardej żywicy z optymalną granicą plastyczności po 60 minutach utwardzania w CW1S.

Czy podoba Ci się pomysł tworzenia kompozycji żywic, aby uzyskać określone właściwości mechaniczne? A może znasz już jakieś zastosowania? Daj nam znać w komentarzach.

Udanego drukowania!