了解3D打印材料性能参数

魔猴君知识堂 93天前

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很少有人喜欢阅读长丝规格表上的“断裂伸长率”或“每平方米冲击强度焦耳”，但如果您需要在机器当前没有打印配置文件的情况下尝试使用FDM长丝，那么这就是开始的地方。

“当你想要拓展新材料领域并突破自己的舒适区时，技术资源至关重要，”盖洛德说道。这意味着，除其他外，还要懂得如何阅读材料技术数据表(TDS)。

遗憾的是，灯丝技术规格表没有统一的标准格式。同一种材料有不同的术语，不同的国际测试方法（ISO、ASTM等），不同的计量单位，不同的引用结果（最大值、平均值等），以及一系列其他变量，使得直接比较规格表变得非常困难。

使问题更加复杂的是，一些长丝甚至没有提到聚合物家族，例如PLA或PC或TPU，作为基础，它们只是被简单地命名为“柔韧”、“坚韧”、“光滑”或“耐用”。

然而，只要你理解以下概念以及它们与最终打印所需特性的关系，就能收集到必要的信息。当然，如果耗材没有附带规格表，那就别买了。

长丝样品的拉伸强度（来源：Ultimaker）

力量

当然，你希望你的部件足够坚固，但这究竟意味着什么呢？关于强度，有很多科学的测量方法。你通常会在灯丝规格表上找到至少三种。

拉伸强度（也称为极限拉伸强度、断裂拉伸强度、极限强度，F tu）是指材料在断裂前被拉开时所能承受的张力或应力。测试拉伸强度实际上是将材料放入类似虎钳的机器中，沿相反方向拉伸。实际上，该测量值与部件断裂的速度或其脆性有关。作为参考，不锈钢的拉伸强度为860 MPa；玻璃为33 MPa。

抗弯强度（也称为屈服强度、断裂模量或弯曲强度）是指材料在不断裂的情况下能够弯曲的程度。不要将其与弯曲模量混淆，后者指的是材料抵抗弯曲的能力。例如，木材（松木）的抗弯强度为41.4 MPa，而ABS的抗弯强度为60 MPa。

冲击强度（也称为悬臂梁冲击强度、夏比冲击强度，或通常称为韧性）是指部件跌落时破碎的程度，或施加力时抵抗断裂的能力。这些力的测量单位可以是焦耳/平方米(J/m²)或英尺-磅/平方英寸(ft·lb/in²)。例如，40%玻璃纤维填充的聚碳酸酯的低冲击强度可能为110 J/m²，而“高冲击强度”ABS的冲击强度可能约为500 J/m²。

由尼龙长丝制成的零件（来源：Parts Oven via Printables）

灵活性

如果您需要最终部件具有一定程度的灵活性，您需要注意一些关键的测量。

如上所述，弯曲模量是指材料抵抗弯曲的倾向，换句话说，就是材料的刚度。弯曲模量高意味着材料不太柔韧。例如，大多数碳纤维增强PA 12材料都相当坚硬，最大弯曲模量约为14 Gpa。另一方面，柔性PA 11材料的弯曲模量为0.65。请注意，弯曲模量通常以兆帕（MPa）或吉帕（GPa，即MPa乘以1,000）为单位。

弹性（也称为杨氏模量、拉伸模量、压缩模量或弹性模量）用于评估材料的弹性，即材料变形量与使其变形所需功率之间的比率。例如，典型的TPU长丝的拉伸模量约为70 MPa（非常有弹性），而大多数PEEK长丝的拉伸模量为3720 MPa（无弹性）。

对于聚合物线材来说，硬度似乎是一个模糊的术语。它可以指耐刮擦性、耐磨性，或部件的抗凹陷能力。塑料的硬度通常以洛氏硬度或肖氏硬度表示，这与材料的强度或柔韧性几乎没有关系。肖氏硬度是您在谈论聚合物时经常听到的一个术语，但它比上述测量值更为通用。例如，所有弹性体和柔性线材（例如TPU）的硬度均为肖氏A级，并且在A级中，它们有各自的数值，例如肖氏硬度95A。

为了更方便地理解这些术语和测量值，一些材料制造商开始使用类似蜘蛛网状的关键属性图表，让您一目了然地了解它们。这些图表可以直观地展现耗材的主要特性，但不同的制造商会选择不同的六七个耗材属性，或者以相同的顺序显示它们，因此它们对于比较专业的FDM耗材来说并不是很有用。