Teste de resistência de filamento | MatterHackers

Uma das perguntas mais comuns que recebemos dos clientes é: “Qual é o filamento de impressão 3D mais forte?” Essa é uma ótima questão porque para que a impressão 3D seja útil, precisamos ser capazes de imprimir peças que sejam fortes o suficiente para uso funcional.

“Resistência”, no entanto, é um pouco vago, pois pode se referir a algumas propriedades mecânicas diferentes – resistência à tração, resistência ao escoamento, resistência à fadiga, resistência à compressão e resistência ao impacto – por isso é uma pergunta difícil de responder sem mais informações.

Não se preocupe, você não precisa saber o que qualquer um desses termos significa para este artigo. Não somos um laboratório de testes e não podemos realizar nenhum teste científico dessas propriedades mecânicas, e certamente não encontramos um Módulo de Younger. O que podemos fazer é realizar um teste comparativo – submeter peças impressas em 3D ao mesmo teste e ver como os filamentos se comparam entre si.

Teste Comparativo

Começamos com uma peça com a qual todos estão familiarizados – um mosquetão impresso em 3D. Nós o dimensionamos para o tamanho aproximado dos mosquetões de alumínio que você pode encontrar em lojas de ferragens locais com capacidade para 150 libras.

Para eliminar o maior número possível de variáveis, imprimimos todas elas na mesma impressora 3D (Rostock Max por SeeMeCNC) com as mesmas configurações (com exceção daquelas impressas no MarkForgedmas falaremos disso mais tarde).

Foi utilizado um bico de 0,4 mm e os mosquetões foram impressos em uma altura de camada de 0,25 mm com 5 perímetros, 5 camadas sólidas superior e inferior e 50% de preenchimento com padrão triangular.

Protocolo

Instalamos um medidor de força em um sistema de polias de bloqueio e travamento com uma proporção de 8:1. Isso significa que para cada 1 libra aplicada em um lado do sistema, aplicamos 8 libras no outro lado.

Novamente, este foi um teste comparativo, não científico, então coisas como atrito no bloco e configuração do equipamento não foram levadas em consideração.

Cada mosquetão foi preso ao sistema de polias e usamos um cabo de catraca para aplicar tensão até que o mosquetão falhasse. O medidor de força registrou o pico de força alcançado.

Aqui estão nossos dados resumidos:

Surpreendentemente, o Taulman 645 falhou com o peso mais baixo de qualquer filamento que testamos, mas foi o único filamento que não quebrou. Por não ser muito rígido, apenas dobrou e deformou até sair do banco de testes. Esta resistência é obviamente uma característica muito útil, mas não é um materials supreme para algo como este mosquetão.

Os outros materiais falharam praticamente na ordem que esperávamos. O PLA foi o primeiro a quebrar e, quando quebrou, quebrou. O PETG também falhou violentamente, mas foi um pouco mais forte que o PLA. É por isso que é um excelente filamento de uso geral – é mais forte que o PLA e muito mais fácil de imprimir que o ABS.

Suspeitamos que o NylonX teria um bom desempenho nesse tipo de teste, mas não esperávamos que tivesse um desempenho tão bom. Simplificando, é simplesmente incrível. É muito mais fácil de imprimir do que o náilon regular porque a fibra de carbono reduz significativamente a taxa de encolhimento. O CF também o enrijece significativamente, por isso não apresenta a deflexão do náilon regular. Foi 100% mais forte que o PLA em nosso teste e, em média, 60% mais forte que o ABS!

Como você pode ver, o policarbonato teve um desempenho muito bom e teve a distribuição mais estreita do pico à carga baixa até a falha. Infelizmente, também foi o materials mais difícil de imprimir de todos os materiais que testamos. Requer secagem completa antes da impressão e é muito propenso a deformar e enrolar na cama.

Os mosquetões impressos no Mark Solid eram um pouco diferentes dos outros. O MarkForged imprime em nylon e tem capacidade de reforçar peças com fibras contínuas. Para este teste imprimimos 2 com reforço de fibra de vidro e 2 com reforço de fibra de carbono. MarkForged usa seu próprio software program proprietário de fatiamento chamado Eiger.io, então as configurações não eram idênticas às outras peças impressas, mas nós as aproximamos o máximo que pudemos. As configurações usadas foram 4 camadas sólidas superior/inferior de náilon, 2 paredes externas de náilon, 5 anéis concêntricos de reforço de fibra, preenchimento de padrão triangular de 50% e camadas de 0,125 mm.

Por razões que ainda não estão claras, eles não tiveram um desempenho tão bom quanto esperávamos – com as peças de fibra de vidro e CF apresentando desempenho pior do que o NylonX e o policarbonato. Conseguimos algumas peças incrivelmente fortes do MarkForged no passado, então exploraremos isso um pouco mais para ver por que os mosquetões não funcionaram conforme o esperado.

Resultados

Depois de assistir ao vídeo das peças quebrando e analisar nossos dados, percebemos algumas coisas.

Enquanto aplicávamos tensão aos mosquetões impressos em 3D, não estávamos apenas medindo a resistência à tração. Descobrimos que a integridade da trava e sua capacidade de permanecer fechada pelo maior tempo possível eram um fator importante na carga máxima antes da falha. Quanto mais flexível for o filamento, mais facilmente a trava se desencaixa/abre, e isso leva à falha mais rapidamente. Depois de observar isso, experimentamos usar travas impressas em Filamento PLA e NylonX para alguns dos testes. Por exemplo, quando testamos o Taulman 645realizamos 2 testes com travas impressas em 645, 2 testes com travas PLA e 2 com NylonX. O valor máximo do Taulman 645 foi alcançado usando a trava NylonX – o que faz sentido dados os resultados que observamos.

Isto não é surpreendente, mas salientamos isso para que não haja pessoas nos perguntando se este teste significa que o filamento PLA é mais forte que o Nylon. Com esta peça e teste específicos, a rigidez foi muito importante. A maioria dos filamentos de náilon, como o Taulman 645, não são particularmente rígidos, então não se saíram bem neste teste, mas isso não significa que não sejam materiais fortes e duráveis. As peças do PLA se despedaçaram quando falharam. O Taulman 645 deformou-se o suficiente para não suportar mais peso. Eles mais ou menos retornaram à sua forma unique após serem removidos do banco de testes.

Além disso, testamos 2 mosquetões de alumínio da loja de ferragens. Eles foram carimbados como sendo avaliados em até 150 libras. Ambos maximizaram nosso medidor de força em 480 libras. Então, prendemos as travas com fita adesiva e elas falharam em 168 libras e 183 libras. Não temos certeza, mas parece que a classificação de carga é baseada na carga que ela pode suportar sem a trava engatada.

Embora tenhamos usado a mesma impressora 3D e as mesmas configurações para todas as peças, houve uma grande variação na carga antes da falha. Embora não tenhamos realizado testes suficientes com cada filamento 3D para obter um conjunto de dados estatísticos adequado, parece que pode haver uma grande quantidade de inconsistência inerente ao processo FFF.

As inconsistências não foram significativas o suficiente para alterar a localização do ponto de falha. Todos os mosquetões falharam no mesmo native, que é exatamente onde esperaríamos que o mosquetão falhasse. Esperávamos ter pelo menos 1 ou 2 falhas devido à má adesão da camada ou outro problema relacionado à impressão 3D, mas não foi o caso.

Conclusões

Ficamos totalmente impressionados com o NylonX. Estamos imprimindo com ele há cerca de 3 meses e é um materials incrível para impressão 3D. Forte, durável, fácil de imprimir e com ótimo acabamento superficial.

E ainda assim, o resultado mais surpreendente do nosso teste foi o quão forte NylonX acabou sendo. Ele até superou as peças Mark Solid reforçadas com fibra contínua – o que definitivamente não esperávamos. Na verdade, o MarkForged algumas partes, embora claramente muito fortes, não funcionaram tão bem quanto esperávamos. Apenas o Policarbonato teve maior capacidade de carga que o Nylon X em nosso teste. Isso faz sentido porque embora Nylon e Policarbonato Os filamentos têm resistência à tração semelhante, o PC é significativamente mais rígido, portanto houve menos deflexão e a trava foi capaz de permanecer engatada por mais tempo.