问题

请问如果用3D打印机以塑料或一些轻型材料为原材料,打印出来的工艺品结实吗?

回答
问得好!关于用3D打印机打印出来的工艺品结实程度,这绝对是个值得深入探讨的问题。简单来说,答案不是“是”或“否”那么绝对,它取决于好几个关键因素,就像你问一把刀结实不结实,得看它是什么材质、怎么做的才能回答一样。

首先,咱们得聊聊原材料。这是最最基础的一点。

PLA(聚乳酸): 这是最常见也最容易入门的3D打印耗材,基本上任何家用级3D打印机都能用。PLA打印出来的东西,硬度是不错的,摸上去比较脆,有点像积木的材料。它对环境也比较友好,可降解,但缺点也很明显:耐热性差。如果温度高一点,比如夏天放车里,或者离热源近一点,它很容易变形,软化。所以,拿它做一些放在阴凉处的摆件、装饰品,或者一些不承受太大压力的模型没问题。但如果你想做个能经常拿在手里玩,或者需要承受一定冲击的工艺品,那PLA就不太适合了。

ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯): 这个材料听起来有点陌生,但你肯定见过它——很多玩具,比如乐高积木,就是用ABS做的。ABS比PLA要更坚固、更耐冲击、也更耐热。它可以承受更高的温度而不变形。所以,如果你的工艺品需要更强的耐用性,能经受住一定的磕碰,或者放在稍微暖和一点的环境里,ABS会是更好的选择。但ABS打印起来相对复杂一些,需要打印机有加热床,打印过程中容易产生气味和翘边,对操作要求更高一点。

PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯): 你可能对PETG更熟悉,因为它就是我们平时喝饮料的塑料瓶的主要材料。PETG结合了PLA的易打印性和ABS的耐用性。它比PLA更坚固、更有韧性,不容易脆裂,而且耐热性也好很多。打印的时候也比ABS容易控制。所以,如果你想做的工艺品既要结实,又不想太折腾,PETG是个非常不错的折衷选择。它打印出来的东西摸上去会比PLA稍微有点“柔韧”感,抗冲击力也更好。

TPU/TPE(热塑性聚氨酯/热塑性弹性体): 这类材料打印出来的东西非常有弹性,就像你手机壳的某些部分,或者一些软胶玩具。它们非常耐摔、耐磨,不容易断裂。如果你想做的是那种可以弯曲、捏揉,甚至摔在地上的工艺品,那TPU/TPE就是你的菜。但打印这类材料需要一定的技巧和打印机设置,速度不能太快,否则容易堵头,而且细节表现上可能不如硬质材料那么锐利。

除了这些常见材料,还有很多高性能的材料,比如尼龙(Nylon)、碳纤维增强材料(Carbon Fiber Reinforced Filament)等等,它们打印出来的工艺品会非常非常结实,甚至可以替代一些金属零件。但这些材料价格更贵,对打印机本身的要求也更高,不适合普通家庭用户。

第二个关键点是打印参数,也就是我们常说的“怎么打印”这个过程。

填充率(Infill Density): 想象一下你打印一个实心的盒子,里面是完全实心的,那就是100%填充。但绝大多数工艺品不需要这么做,因为太浪费材料,而且会很重。我们通常会设置一个填充率,比如20%或30%。填充率越高,打印出来的东西就越结实,越重,但成本也越高。如果你的工艺品需要承受一定的重量或者压力,提高填充率是个好办法。相反,如果只是一个装饰品,低填充率就足够了,而且更轻巧。

层高(Layer Height): 3D打印是层层堆叠起来的,层与层之间的结合强度很重要。层高越低(比如0.1毫米),打印出来的表面越光滑,但层与层之间的结合力相对也会弱一些。层高越高(比如0.3毫米),打印速度快,但层与层之间的痕迹会比较明显,而且结合力有时会更强一些,因为它每层堆叠的材料更多。所以,在追求结实度的时候,也不是说层高越低越好。而且,如果打印机精度不高,太低的层高反而会让层与层之间结合不紧密,整体更脆弱。

打印速度(Print Speed): 打印速度太快,材料可能来不及充分熔化和粘合,导致层与层之间的结合不牢固,容易出现层裂或者强度下降。所以,为了保证结实度,适当放慢打印速度,给材料充分的熔化和冷却时间是很有必要的。

打印温度(Printing Temperature): 材料的打印温度也很关键。温度太低,材料可能熔化不充分,导致层与层之间粘合不牢。温度太高,又容易出现拉丝、溢料,甚至材料分解,影响强度。所以,按照耗材厂商推荐的温度范围来打印,并且根据实际情况微调,对于保证打印品的强度至关重要。

壁厚(Wall Thickness/Shells): 除了填充,我们还可以设置打印品的“外壳”或者“壁厚”。这个参数决定了打印品外层的材料厚度。外壳越多、越厚,打印品就越坚固,尤其是边缘部分。对于需要承受一定弯曲或冲击的工艺品,增加壁厚会显著提升其结实度。

支撑结构(Supports): 有些复杂的工艺品在打印过程中需要支撑结构来帮助成型。支撑结构如果没有移除干净,或者移除时损伤了打印品表面,都会影响最终的强度和外观。

第三,也是很重要的一点,是设计。

结构设计: 即使是同样的材料和打印参数,一个好的结构设计也能让工艺品变得非常结实。比如,在受力的地方增加加强筋,设计成中空但有支撑结构的形状,而不是一块实心但容易断裂的平板。考虑一下你设计的工艺品主要会承受哪个方向的力,然后在那个方向上加强结构。

圆角和倒角: 尖锐的棱角在受力时更容易产生应力集中,导致断裂。在设计中加入圆角或者倒角,可以让应力更均匀地分布,从而提高工艺品的整体强度和耐用性。

总结一下,用3D打印机打印出来的工艺品结实不结实,就像问你做的蛋糕好不好吃一样,得看食材(原材料)、火候(打印参数)和配方(设计)加在一起的效果。

如果你用的是PLA,并且设置了较低的填充率和薄壁,那么它可能只适合放在那里看看,稍微用点力就会断。
但如果你用的是PETG或者ABS,设置了较高的填充率、多层壁厚,并且在设计上做了加强,那打印出来的工艺品就可以承受一定的物理压力和日常使用,甚至可能比一些传统工艺品制作的同类产品还要结实耐用。

所以,在打印之前,一定要想清楚你做这个工艺品是为了什么,它需要承受什么样的环境和压力,然后选择合适的材料和打印参数,再加上巧妙的设计,你就能打印出既好看又足够结实的工艺品了。

网友意见

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可以很结实,但是成本可能比传统的制作工艺要高。

我用碳纤维增强尼龙材料制作过一个小圆穹顶,拿锤子狠砸了多次也没有损坏。

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