层高与结合强度的关系

3D打印 打印质量 切片
2021-05-20 11:15:52

我看到很多关于 FDM 打印在 Z 轴上最弱的参考,因为与挤压墙相比,层之间的粘合较差。

考虑针对特定材料(不包括温度和几何形状)进行优化,是否有最佳层高?很明显,太厚的层会减少压缩,并且可能减少到下面层的热传递(因此 0.3 和 0.4 毫米喷嘴可能会有点弱)。是否有单一的断点(即少于一半的喷嘴是好的),或者超细层是好是坏?

我目前专门使用 PLA,以防不同的材料在这方面有不同的行为。

不是在问如何对层键的强度进行建模,或者在设计零件时如何将其考虑在内。

4个回答

My3dmatter.com使用“万能试验机”对 PLA进行了一系列测试他们得出结论:

当打印部件变薄时,层高会影响打印部件的强度。0.1mm 处的打印部件显示的最大应力仅为 29MPa,而 0.2mm 处的最大应力为 35MPa(增加 21%)。

超过 0.2 毫米,最大应力在 36 兆帕左右保持相当稳定(我们通过在 0.4 毫米处进行的额外测试证实了这一结论,此处未显示,因为它不是同一批次的一部分)。

在此处输入图片说明

注意:建议阅读全文以了解主题的复杂性。

据 Ultimaker 人士介绍,PLA 的最佳层高是喷嘴直径的 50%他们进行了广泛的测试,尽管据我所知,他们还没有发布任何研究论文或从测试中收集的数据。

因此,如果您有 0.4 毫米喷嘴,请将层保持在 0.2 毫米高度以获得最佳粘合效果,0.4 毫米高度用于 0.8 毫米喷嘴,依此类推。

最大比例可能是喷嘴直径的 75%,但此时,您的打印件具有蜘蛛网的一致性。我尝试使用 0.4 毫米的喷嘴和 0.3 毫米的层高,当从打印床上取下测试打印件时,它几乎压碎了测试打印件。任何高于此的东西,你最终都会得到可怕的意大利面盘。

(注意:我拥有一台 Ultimaker 3 Extended,因此我在做一些测试时问他们。)

这个问题不容易回答,因为很难给出准确的印刷指南。来自用户@typo 的这个答案已经显示了打印高度与样本强度的结果(恕我直言,他的答案应该是公认的答案),取自3DMatter 的这个优秀参考文献,它基本上描述了一系列实验的结果。这个答案建立在他的回答之上。参考你的问题,这个参考没有优化打印设置(所有样本都是用相同的打印设置制作的),所以你的问题是有效的。

假设您在问题中暗示需要考虑影响层间粘合强度的所有打印参数以进行优化。许多参数都用于将灯丝粘合到前一层,其中包括:

  • 打印速度

  • 灯丝温度

  • 打印高度

  • 打印冷却

所有这些参数都会影响沉积温度,而沉积温度又决定了与前一层的结合。不仅打印机参数在这里起作用,而且材料本身的属性也起作用。在不同品牌之间,甚至在单一品牌内,材料变化(例如颜色掺杂或不同的工艺批次)会影响这些参数。

问题说明

很明显,太厚的层会减少压缩,并且可能会减少传递到下面层的热量

嗯,这不是那么明显,假设压缩是粘合层的主要驱动力。然而,层高越大,一次可以沉积的灯丝越多,热容量越高(保持热的时间越长),因此这可能会对粘合产生积极的影响(更高的温度,更好的附着力)。

打印风扇冷却参数在这里可能会起到非常重要的作用(甚至是灯丝打印温度)。事实上,上面提到的 3DMatter 实验已经表明了这一结果。如果除了层高之外的所有打印参数都保持相同,粘合强度会增加。这意味着为了在低打印高度时获得更好的粘合,您应该减少打印风扇的冷却流量,或提高灯丝打印温度。在类似的实验中应该完成多少,在该实验中,您降低冷却空气并为更多样品(单独)增加灯丝打印温度并再次测试。这被称为实验设计

理论上,只要您优化了正确的参数,您就可以在任何层高处进行粘合。这意味着打印高度和粘合强度之间没有关系,这只是适当设置的问题。

另外,我不会说结合强度差是 Z 方向失效的原因,因为 FDM 在每层之间沉积层,你会有很多潜在的裂纹起始位置,这通常是失效的起点。我已经看到印刷品在层间开始失效,但不会继续沿着层破裂,而是穿过层,这意味着粘合强度毕竟还不错。

FDM工艺产生的应力集中

只需添加另一个数据点。CNCKitchen 有一个新视频,他分析了跨层和层间张力。他还引用了一些其他研究(这是相当不确定的)。他支持粗略估计“不超过喷嘴直径的 50%,性能也会在非常低的层高处下降。”

他发现交叉层张力支持超过 2 倍的层间张力(典型的 3 壁低填充模式)。