ABS3d打印耗材的力學性能(如強度、韌性、抗沖擊性等)受多種因素影響,既包括材料本身的特性,也涉及打印過程中的工藝參數和后處理方式。
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一、材料本身的特性
ABS 原料的配方與純度
基礎成分比例:ABS 由丙烯腈(AN)、丁二烯(BD)、苯乙烯(S)共聚而成,三者比例直接影響性能。例如:
丙烯腈(AN)占比高→提高強度、硬度和耐化學性;
丁二烯(BD)占比高→提升韌性和抗沖擊性(但可能降低剛性);
苯乙烯(S)占比高→改善流動性和表面光潔度(但可能降低強度)。
雜質與回收料比例:回收料(尤其是多次回收的 ABS)可能因分子鏈斷裂導致力學性能下降,純新料的力學穩定性更優。
添加劑與改性
增強材料:添加碳纖維、玻璃纖維等可提升強度和剛性,但可能降低韌性;
增韌劑:添加彈性體(如 EPDM)可提升抗沖擊性,但可能降低硬度;
潤滑劑:過量添加可能導致層間粘結力下降,影響整體強度。
耗材的物理狀態
吸濕性:ABS 吸潮后,打印時會因水汽蒸發產生氣泡或孔隙,導致內部結構疏松,拉伸強度和抗沖擊性顯著下降(需干燥后使用);
線材均勻性:直徑波動過大(如超過 ±0.05mm)會導致擠出量不穩定,使層間填充不均,影響力學性能一致性。
二、3D 打印工藝參數
溫度參數
噴嘴溫度:
溫度過低→材料熔融不充分,層間粘結力弱,易分層斷裂(拉伸強度下降);
溫度過高→材料降解(分子鏈斷裂),韌性降低(抗沖擊性下降),且可能產生氣泡。
(最佳范圍:220-250℃,需根據具體品牌調試)
加熱平臺溫度:
溫度不足→模型底部與平臺附著力差,易翹曲,導致內部應力集中,整體強度下降;
溫度過高→底部過度軟化,可能影響尺寸精度,但對層間粘結影響較小。
(建議 80-110℃,平衡附著力與應力)
打印速度與層厚
打印速度:
過快→材料填充不充分,層間結合時間短,粘結力不足(尤其是復雜結構或薄壁件,易斷裂);
過慢→噴嘴停留時間長,局部過熱可能導致材料降解或變形。
(建議 40-80mm/s,優先保證層間粘結)
層厚:
層厚過大(如>0.3mm)→層間接觸面積減小,粘結強度下降,整體抗拉伸能力降低;
層厚過小(如<0.1mm)→打印時間延長,且可能因過度擠出導致內部應力增加,韌性下降。
填充率與填充圖案
填充率:直接影響結構強度,填充率越高(如 80%-100%),零件越致密,抗壓、抗拉伸性能越好;但過高填充會增加內部應力,可能導致變形。低填充率(如<30%)適合輕量化零件,但強度顯著降低。
填充圖案:
直線、網格圖案→各向異性較明顯(不同方向強度差異大);
蜂窩、三角形圖案→受力更均勻,抗沖擊性和穩定性更優。
層高與壁厚
壁厚:過薄(如<1mm)會導致結構支撐不足,易斷裂;過厚可能因冷卻不均產生內應力,導致開裂(尤其大尺寸零件)。
層高與壁厚匹配:層高建議為噴嘴直徑的 50%-80%(如 0.4mm 噴嘴對應 0.2-0.3mm 層厚),確保每層充分覆蓋,提升層間結合。
冷卻與環境溫度
冷卻風扇:ABS 冷卻過快會導致內應力集中(因收縮不均),建議關閉或低風速(僅小細節處開啟),否則易開裂(韌性下降);
打印環境溫度:環境溫度過低(如<20℃)→模型冷卻速度快,內應力大,抗沖擊性下降;封閉打印艙(維持 40-60℃)可減緩冷卻,減少應力,提升韌性。
切片參數(壁厚、外殼層數)
外殼層數(輪廓數):增加外殼層數(如 3-4 層)可提升表面強度和抗彎曲能力(外殼承擔主要受力),但過多會增加打印時間和內應力。
頂部 / 底部填充層數:不足會導致表面塌陷,影響整體結構穩定性(尤其是承重件)。
三、環境條件
打印環境濕度
高濕度(>60%)→ABS 線材吸潮,打印時水汽蒸發形成氣泡或孔隙,導致結構疏松,力學性能(尤其是抗沖擊性)顯著下降。需在干燥環境(濕度<40%)打印,或提前干燥線材(60-80℃烘干 4-6 小時)。
環境潔凈度
空氣中灰塵、纖維等雜質可能混入熔融材料,導致打印件內部出現缺陷(如夾雜異物),成為受力時的 “薄弱點”,降低強度和韌性。
四、后處理工藝
化學處理
丙酮蒸汽拋光:通過溶解表面層,可提升表面光潔度,但過度處理會導致表層材料降解,韌性下降(尤其薄壁件,可能變脆)。
粘結處理:用 ABS 專用膠水或丙酮粘結拼接件時,若粘結不充分(存在縫隙),會導致拼接處強度遠低于整體,成為斷裂點。
熱處理
退火處理:將打印件在 80-100℃烘箱中緩慢冷卻,可釋放內部應力,提升尺寸穩定性和韌性;但溫度過高可能導致變形,影響精度。
機械加工
打磨、鉆孔等加工若操作不當(如產生裂紋或應力集中),會降低局部強度,導致受力時從加工處斷裂。