В статье наш коллега INT Craft сравнивает чистые и наполненные полимеры для трехмерной печати с композитным материалом. Что будем тестировать? ABS пластик, ABS + CF пластик с добавлением углеродного волокна (15%), Nylon пластик, Nylon + CF пластик с добавлением углеродного волокна (30%), PET-G пластик, препрег однонаправленный, препрег твил.
В конце статьи дадим ссылку на видео и на файл с результатами эксперимента.
Все образцы, напечатанные на 3D-принтере, были сделаны в форме лопатки толщиной 3 мм, и каждый из них был представлен в двух вариантах — продольном и поперечном. В продольных образцах направление печати и направление укладки линии шли параллельно прикладываемой нагрузке, то есть по сути проверяли прочность самого материала. В поперечных образцах, помимо тонких периметров, остальное заполнение укладывалось перпендикулярно направлению прикладываемой силы, то есть мы проверили межслойную адгезию.
Далее вкратце опишу, из чего были изготовлены тестируемые образцы и как они вели себя во время эксперимента. Всего были разорваны 3 продольных и 3 поперечных образца каждого материала.
-
ABS-пластик — один из самых популярных технических пластиков. Лично я пользуюсь им достаточно редко, потому что он тяжело печатается, требует закрытой камеры и довольно сильно пахнет при печати. К его достоинствам можно отнести лёгкость обработки и довольно высокую термостойкость — порядка 100°C. Результат теста: среднее значение усилия, которое выдержали продольные образцы — 1228 Н, а среднее значение поперечных образцов — 1000 Н.
-
ABS + CF — пластик с добавлением углеродного волокна (15%). Материал достаточно легкий, меньше пахнет, и, по сравнению с PET-G, которым я обычно пользуюсь, ощущается более жёстким на изгиб. Результат теста: среднее значение усилия, которое выдержали продольные образцы — 1337 Н, а среднее значение поперечных образцов — 778 Н. Данный материал показал самые плохие значения разрыва поперек слоев.
-
Нейлоновый пластик — один из самых сложных в печати пластиков. Он очень гигроскопичен, а также капризен к условиям печати: у него очень большая усадка (до 5%) и он склонен отлипать от стола и изгибаться. При этом нейлон имеет ряд достоинств: он очень термостойкий, хорошо режется и тянется, имеет очень низкое трение, благодаря чему он практически не изнашивается, и из него получаются прекрасные шестерни и втулки. Результат теста: среднее значение усилия, которое выдержали продольные образцы — 1151 Н, а среднее значение поперечных образцов — 1134 Н. Стоит отметить, что продольный образец нейлона рвался больше минуты — виной тому колоссальное удлинение нейлона: если в других образцах речь шла о 3-5 мм, то первый образец нейлона растянулся аж на 120 мм! У поперечных образцов нейлона такой пластичности нет.
-
Нейлон + CF — пластик с добавлением углеродного волокна (30%). Из положительных свойств этого пластика можно отметить его очень высокую температурную стойкость. Результат теста: среднее значение усилия, которое выдержали продольные образцы — 2814 Н, а среднее значение поперечных образцов — 1489 Н.
-
PET-G-пластик. Его я решил добавить в тест в последний момент. Он не имеет каких-либо выдающихся качеств, но при этом у него нет и откровенно слабых мест. Результат теста: среднее значение усилия, которое выдержали продольные образцы — 1875 Н, а среднее значение поперечных образцов — 1519 Н.
-
Препрег однонаправленный и твил (плетение, которое равномерно распределяет нагрузку во всех направлениях). Напомню, что препрег - это углеткань пропитанная смолой в заводских условиях, которая затем полимеризуется под воздействием температуры. Итоговая толщина деталей из препрега получилась около 1,5 мм. Результат теста: среднее значение усилия, которое выдержал препрег твил - 5319Н, а среднее значение однонаправленного препрега - 12637Н.
Тестирование всех образцов проходило на профессиональном оборудовании. Исходя из полученных данных, я проанализировал основные характеристики - удлинение, плотность, предел прочности и т.д. Всё можно увидеть и послушать здесь.
Основной вывод состоит в том, что материалы, представленные в эксперименте, нет совершенно никакого смысла сравнивать. Они радикально отличаются как по стоимости, так и по сложности обработки - изготовления изделий, и главное - по сфере применения! Все материалы хороши, важно выбрать то, что нужно именно вам.
Ознакомиться с полным результатом теста можно в таблице с данными испытаний. Обратите внимание на то, что в таблице также приведены результаты сравнения на прочность (разрыв) композитных материалов - об этом выходило отдельное видео "Проверка на прочность: карбон против кевлара, стеклоткани и базальта".
