3D列印验证各项同异性.PDF

3D 列印中驗證各項同性 在準備⼀個 3D 列印物件時有很多方面需要考量，其中包含物 件在列印平台上的定向，是否有足夠的表面積讓物件充份附著? 支 撐材的生成是否完整足夠? 物件之間是否有足夠的空隙? 除了這些考量外，也要考慮物件明顯的作用力 : 各項異性 各項異性，在這篇文章裡，定義為物理性質隨著相對方向不同而有 所變化，舉例來說，⼀個 3D 列印物件在 X, Y, Z 方向可能有不同 的斷裂或剛度伸⻑率。 各項同性 vs. 各項異性是⼀個經常在 3D 列印界被討論的概念， 但在某些情況下，基本假設是基於概括。 ⼀般情況下，此種內容只會在 FDM 列印機探討，也就是熱熔聚合 物來擠壓堆疊成最終的物件。但許多使用者會直覺的將物件結構各 項異性的想法擴展到其他列印機技術，例如:以樹脂為列印基礎的 SLA 技術。 為何 FDM 列印物件是全向異性 3D 列印機是以層層堆疊方式列印物件，但不同機器會有不同 的列印技術，以不同技術列印的物件會有不同的分子結構，這將會 產生重大影響，舉例來說，FDM 列印機在物件最上層熱熔擠壓塑 料，這會形成物理黏著 (非化學)，如下圖所示，FDM 物件的每⼀ 層不是完全的黏合。即使上⼀層面積還是部份熔化的狀態，每層物 件之間只有部分黏著。 基於機械應力方向的影響，FDM 列印物件具有不同的機械性 能，且密度低於⼀個透過替代方法生產的相似物件，像是注射成型， 這也是很難透過 FDM 列印來生產防水物件的原因，FDM 列印物 件充斥著細微的空隙和孔洞。 FDM 3D 列印機通過擠壓堆積 PLA 或 ABS 的線材成型。 這個方法意味著層之間無法 像線材本⾝那樣強烈地黏合在⼀起 ; 在圓柱狀擠出物之間存在空隙，並且層之間可能無 法完全黏合。 在分子水平上觀察這種排列時，在每層內的應力和將層之間黏 著在⼀起的力量，有明顯的區別：PLA 或 ABS 的每個沉積線由高 度纏結的聚合物鏈組成，高度纏結的聚合物鏈緊密的保持在⼀起並 且是相當堅固，堅韌和堅硬。 當線材擠出沉積到每條線的側面或頂部時，非常困難甚至不可 能在每條線之間獲得相同量的黏合，因此在明顯較弱的纖維間結合 區域中產生結，以及突出硬塊。 這意味著，該物件將在沉積線的方向(XY 軸)上最強，並且沿 著由這些纖維間結合區域組成的軸線(Z 軸)較弱，即與線軸正交的 兩個空間軸 。 FDM 列印物件是各向異性的 - 當應用在負重時，如果 FDM 物件未正確擺放定 向或者未考慮各向異性的方式建模，則 FDM 物件可能會列印失敗。 總之，FDM 物件在各種方向不是同等強度，並且不能是各向 同性的，這意味著在設計和列印物件時，考慮乘載或負重方向是很 重要的。 為什麼 SLASLA 打印是各向同性的：打印是各向同性的： 基於樹脂的 SLA 3DSLA 3D 列印中在構成各層的化學鍵和將層黏著在列印中在構成各層的化學鍵和將層黏著在 ⼀起的力之間沒有差別。⼀起的力之間沒有差別。 當形成每層時，樹脂單體反應並形成提供高度側向強度的共價當形成每層時，樹脂單體反應並形成提供高度側向強度的共價當形成每層時，樹脂單體反應並形成提供高度側向強度的共價 鍵，但是聚合反應沒有完成鍵，但是聚合反應沒有完成; 相反，印刷過程以使層保持在稱為相反，印刷過程以使層保持在稱為 “生坯狀態”的半反應狀態的方式進行調製。態”的半反應狀態的方式進行調製。 這種生坯狀態與完全固化狀態這種生坯狀態與完全固化狀態有非常重要的差異 ：在表面上仍：在表面上仍 然有可聚合基團，隨後的然有可聚合基團，隨後的列印層即可以共價鍵結合。