Các loại vật liệu in 3D Resin và SLA, so sánh và lựa chọn

Giới thiệu

Stereolithography (SLA) có thể tạo ra các chi tiết bằng nhựa với độ phân giải và độ chính xác cao, độ chi tiết tốt và bề mặt mịn. Nhờ có nhiều loại nhựa có sẵn để in 3D SLA , quy trình này đã tìm thấy nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau:

  • Nhựa tiêu chuẩn được sử dụng để tạo mẫu chung
  • Nhựa kỹ thuật có tính chất cơ học và nhiệt cụ thể
  • Nhựa nha khoa & y tế có chứng nhận tương thích sinh học
  • Nhựa đúc có hàm lượng tro bằng 0 sau khi đốt

Trong bài viết này, các tùy chọn vật liệu SLA phổ biến nhất được trình bày. Những ưu điểm chính của mỗi vật liệu SLA là tóm tắt và hướng dẫn các bước giúp bạn chọn một tài liệu phù hợp nhất cho ứng dụng mà bạn muốn.

Tổng quan về các vật liệu SLA

SLA sử dụng tia cực tím để xử lý nhựa lỏng thành nhựa cứng trong một quá trình gọi là photopolymerization. Sự kết hợp khác nhau của các monome, oligome, photoinitiators và các chất phụ gia khác bao gồm một kết quả nhựa trong các tính chất vật liệu khác nhau.

SLA sản xuất các bộ phận từ polyme nhiệt . Dưới đây là những lợi ích và hạn chế chính phổ biến đối với tất cả các vật liệu SLA:

Ưu điểm:

Mịn màng, giống như khuôn, hoàn thiện bề mặt
Tính năng tốt và chi tiết cao
Độ cứng cao

Nhược điểm:

Tương đối giòn (độ giãn dài thấp khi đứt)
Không phù hợp để sử dụng ngoài trời: các tính chất vật liệu có thể thay đổi theo thời gian, do tiếp xúc quá nhiều với bức xạ UV (ánh sáng mặt trời)
Dễ bị rão

Trong các phần sau, chúng ta sẽ đi sâu hơn vào các thuộc tính vật liệu dành riêng cho từng loại nhựa SLA.

 

Nhựa SLA tiêu chuẩn

Nhựa tiêu chuẩn

Nhựa tiêu chuẩn tạo ra độ cứng cao, bản in có độ phân giải cao với lớp hoàn thiện giống như ép phun . Chi phí thấp giúp chúng lý tưởng cho các ứng dụng tạo mẫu.

Màu của nhựa ảnh hưởng đến tính chất của nó. Ví dụ, nhựa màu xám phù hợp hơn cho các bộ phận có chi tiết tốt và nhựa trắng cho các bộ phận đòi hỏi bề mặt rất mịn.

Ưu điểm:

Tính năng tốt và chi tiết cao
Bề mặt mịn màng
Vật liệu SLA kinh tế nhất

Nhược điểm:

Giòn (độ giãn dài thấp khi đứt)
Cường độ va đập thấp
Nhiệt độ lệch nhiệt thấp

Lý tưởng cho: mô hình concept, tạo mẫu nhanh, mô hình nghệ thuật

Máy trợ thính 3D được in bằng SLA bằng nhựa tiêu chuẩn
Máy trợ thính 3D được in bằng SLA bằng nhựa tiêu chuẩn

Nhựa trong

Nhựa trong có tính chất cơ học tương tự như nhựa tiêu chuẩn, nhưng có thể được xử lý sau để gần trong suốt quang học.

Thông tin thêm về các bộ phận SLA sau xử lý có thể được tìm thấy ở đây .

Ưu điểm:

Tính năng tốt và chi tiết cao
Bề mặt mịn màng
Trong suốt

Nhược điểm:

Giòn (độ giãn dài thấp khi đứt)
Cường độ va đập thấp
Độ trong của quang học có thể thay đổi theo thời gian, vì phần này tiếp xúc với bức xạ UV (ánh sáng mặt trời)

Lý tưởng cho: trưng bày các tính năng bên trong, vỏ đèn LED, thiết bị chất lỏng

Vỏ 3D điện tử được in bằng SLA bằng nhựa trong trong các bước xử lý hậu kỳ khác nhau
Vỏ 3D điện tử được in bằng SLA bằng nhựa trong trong các bước xử lý nguội khác nhau

 

Nhựa kỹ thuật SLA

Nhựa kỹ thuật mô phỏng một loạt các loại nhựa đúc để cung cấp cho các kỹ sư nhiều lựa chọn về tính chất vật liệu để tạo mẫu, thử nghiệm và sản xuất.

Tất cả các loại nhựa kỹ thuật đòi hỏi phải xử lý sau bảo dưỡng dưới ánh sáng tia cực tím để đạt được các tính chất cơ học tối đa của chúng

Nhựa cứng (giống như ABS)

Nhựa cứng được phát triển cho các ứng dụng đòi hỏi vật liệu có thể chịu được ứng suất cao. Các bộ phận được in bằng nhựa dẻo có độ bền kéo (55,7 MPa) và mô đun đàn hồi (2,7 GPa) tương đương với ABS.

Vật liệu này sẽ tạo ra các bộ phận chắc chắn, chống vỡ và các nguyên mẫu chức năng, chẳng hạn như bao vây với các khớp nối phù hợp hoặc các nguyên mẫu gồ ghề.

Ưu điểm:

Độ cứng cao
Sức đề kháng tuyệt vời với tải chu kỳ

Nhược điểm:

Không phù hợp với các bộ phận có tường mỏng (độ dày thành tối thiểu được đề nghị là 1 mm)
Nhiệt độ lệch nhiệt thấp
Tương đối giòn (độ giãn dài thấp khi đứt)

Lý tưởng cho: nguyên mẫu chức năng, lắp ráp cơ khí

Nhựa bền (giống như PP)

Nhựa bền là một vật liệu chịu mài mòn và dẻo với các tính chất cơ học tương tự như Polypropylen (PP).

Nhựa bền có thể được sử dụng cho các bộ phận đòi hỏi tính dẻo cao (độ giãn dài cao khi đứt), ma sát thấp và bề mặt mịn. Nhựa bền là đặc biệt phù hợp cho các sản phẩm tiêu dùng tạo mẫu, phù hợp snap, khớp bóng và các bộ phận chuyển động ma sát thấp.

Ưu điểm:

Khả năng chống mòn cao
Linh hoạt (độ giãn dài tương đối cao khi nghỉ)
Khả năng chịu va đập cao (cao hơn nhựa Tough)

Nhược điểm:

Không phù hợp với các bộ phận có tường mỏng (độ dày thành tối thiểu được đề nghị là 1 mm)
Nhiệt độ lệch nhiệt thấp
Độ bền kéo thấp (thấp hơn nhựa Tough)

Lý tưởng cho: nguyên mẫu chức năng, sản phẩm tiêu dùng, ma sát thấp và các bộ phận cơ khí ít hao mòn.

Một tủ công cụ có bản lề 3D được in bằng SLA bằng nhựa Bền (giống như PP)
Một bộ công cụ với bản lề 3D được in bằng SLA bằng nhựa Bền (giống như PP) . Hình ảnh lịch sự: Formlabs

Nhựa chịu nhiệt

Nhựa chịu nhiệt là lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định nhiệt cao và hoạt động ở nhiệt độ cao.

Những loại nhựa này có nhiệt độ lệch nhiệt từ 200-300 ° C và lý tưởng để sản xuất đồ đạc chịu nhiệt, nguyên mẫu khuôn, thiết bị dòng khí nóng và chất lỏng, và dụng cụ đúc và ép nóng.

Để tìm hiểu thêm về cách in 3D cho phép ép phun thấp, vui lòng tham khảo bài viết này tại đây .

Ưu điểm:

Nhiệt độ lệch nhiệt cao
Bề mặt mịn màng

Nhược điểm:

Giòn (độ giãn dài thấp khi đứt)
Không phù hợp với các bộ phận có tường mỏng (độ dày thành tối thiểu được đề nghị là 1 mm)

Lý tưởng cho: tạo mẫu khuôn, đúc và dụng cụ thermoforming.

Khuôn 3D được in bằng SLA bằng nhựa chịu nhiệt
Một khuôn phun 3D chạy thấp được in bằng SLA bằng nhựa chịu nhiệt . Hình ảnh từ: Formlabs

Nhựa giống như cao su (Linh hoạt)

Nhựa giống như cao su cho phép các kỹ sư mô phỏng các bộ phận cao su mềm khi chạm vào. Vật liệu này có mô đun độ bền kéo thấp và độ giãn dài cao khi đứt, và nó rất phù hợp cho các vật thể sẽ bị uốn cong hoặc nén.

Nó cũng có thể được sử dụng để thêm các tính năng công thái học cho các tổ hợp đa vật liệu, như bao bì, tem, tạo mẫu có thể đeo, tay cầm, lớp phủ và kẹp.

Ưu điểm:

Độ linh hoạt cao (độ giãn dài cao khi đứt)
Độ cứng thấp (mô phỏng cao su 80A)
Chống va đập cao

Nhược điểm:

Thiếu các tính chất của cao su thật
Yêu cầu cơ cấu hỗ trợ rộng rãi
Các tính chất vật liệu suy giảm theo thời gian, vì phần này tiếp xúc với bức xạ UV (ánh sáng mặt trời)
Không phù hợp với các bộ phận có tường mỏng (độ dày thành tối thiểu được đề nghị là 1 mm)

Lý tưởng cho: tạo mẫu thiết bị đeo, lắp ráp đa vật liệu, tay cầm, kẹp, overmold

Một mô hình lốp xe ô tô 3D được in bằng SLA bằng nhựa giống như cao su (linh hoạt)
Một mô hình lốp xe ô tô 3D được in bằng SLA bằng nhựa giống như cao su (linh hoạt) . Hình ảnh lịch sự: Formlabs

Nhựa chứa gốm (cứng )

Nhựa cứng được gia cố bằng thủy tinh hoặc các hạt gốm khác và dẫn đến các bộ phận rất cứng và cứng, với bề mặt rất mịn.

Nhựa cứng cung cấp độ ổn định nhiệt và khả năng chịu nhiệt tốt (Nhiệt độ lệch nhiệt HDT @ 0,45MPa là 88 ° C). Chúng có mô đun đàn hồi cao và độ rão thấp hơn (khả năng chống biến dạng cao hơn theo thời gian) so với các loại nhựa SLA khác, nhưng dễ gãy hơn các loại nhựa Tough và Bền.

Nhựa cứng cũng thích hợp cho các bộ phận có thành mỏng và các tính năng nhỏ (độ dày thành tối thiểu được đề nghị là 100 Thay đổi).

Ưu điểm:

Độ cứng cao
Thích hợp cho các bộ phận có tính năng tốt
Chịu nhiệt vừa phải

Nhược điểm:

Giòn (độ giãn dài thấp khi đứt)
Cường độ va đập thấp

Lý tưởng cho: khuôn mẫu và dụng cụ, đồ gá, đa tạp, đồ đạc, vỏ cho các ứng dụng điện và ô tô

Các thành phần quản lý nhiệt 3D được in bằng SLA bằng nhựa (gốm cứng)
Các thành phần quản lý nhiệt 3D được in bằng SLA bằng nhựa phủ đầy (cứng) . Hình ảnh : Formlabs

 

Làm thế nào để chọn nhựa phù hợp cho ứng dụng của bạn

Bảng dưới đây tóm tắt các tính chất cơ học cơ bản của vật liệu SLA phổ biến:

Tiêu chuẩn  Cứng Bền  Chịu nhiệt Thêm gốm
Cường độ va đập của IZOD (J / m) 25 38 109 14 Không có
Độ giãn dài khi nghỉ (%) 6.2 24 49 2.0 5,6
Độ bền kéo (MPa) 65,0 55,7 31.8 51.1 75,2
Mô đun kéo (GPa) 2,80 2,80 1,26 3,60 4.10
Mô đun uốn (GPa) 2.2 1.6 0,82 3,3 3.7
HDT @ 0,45 MPa ( o C) 73 48 43 289 88

Nguồn: Formlabs

Nhựa tiêu chuẩn có độ bền kéo cao nhưng rất giòn (độ giãn dài rất thấp khi đứt), vì vậy nó không phù hợp cho các bộ phận chức năng. Khả năng tạo ra các tính năng tốt làm cho nó lý tưởng mặc dù cho các nguyên mẫu trực quan và mô hình nghệ thuật.

Nhựa bền có độ bền va đập cao nhất khi bị đứt so với các vật liệu SLA khác. Nó là tốt nhất cho các bộ phận tạo mẫu với các yếu tố di chuyển và snap-fit. Nó thiếu mặc dù các vật liệu in 3D nhiệt dẻo cường độ cao, chẳng hạn như nylon SLA.

Nhựa cứng là một sự thỏa hiệp giữa các tính chất vật liệu của nhựa bền và tiêu chuẩn. Nó có độ bền kéo, vì vậy nó phù hợp nhất cho các phần cứng đòi hỏi độ cứng cao.

Chịu nhiệt nhựa có thể chịu được nhiệt độ trên 200 o C, nhưng có sức mạnh tác động nghèo và thậm chí còn giòn hơn so với nhựa thông thường.

Nhựa gia cố gốm có độ bền kéo và mô đun uốn cao nhất, nhưng dễ gãy (độ giãn dài kém khi đứt và cường độ va đập). Nó nên được ưu tiên hơn các loại nhựa kỹ thuật khác cho các bộ phận có tính năng tốt đòi hỏi độ cứng cao.

Các biểu đồ sau đây tính chất cơ học đại diện của các vật liệu SLA phổ biến nhất được so sánh trực quan:

Biểu đồ so sánh độ giãn dài khi đứt và cường độ va đập đối với vật liệu tiêu chuẩn và kỹ thuật SLA phổ biến
Biểu đồ so sánh độ giãn dài khi đứt và cường độ va đập đối với vật liệu tiêu chuẩn và kỹ thuật SLA thông thường.Hình ảnh : Formlabs
Đường cong ứng suất cho các vật liệu tiêu chuẩn và kỹ thuật SLA phổ biến
Đường cong ứng suất-biến dạng cho kỹ thuật SLA thông thường và vật liệu tiêu chuẩn.Hình ảnh lịch sự Formlabs
Biểu đồ so sánh các tính chất vật liệu của các loại nhựa kỹ thuật khác nhau
Biểu đồ so sánh các tính chất vật liệu của các loại nhựa kỹ thuật khác nhau.Hình ảnh lịch sự Formlabs

Nhựa SLA nha khoa & y tế

Nhựa gia dụng y tế tùy chỉnh (Tương thích sinh học loại I)

Nhựa tương thích sinh học loại I có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị y tế tùy chỉnh, chẳng hạn như hướng dẫn phẫu thuật. Các bộ phận được in bằng nhựa này có thể được khử trùng bằng hơi nước bằng nồi hấp, để sử dụng trực tiếp trong phòng mổ.

Ưu điểm:

Độ chính xác cao
Bề mặt đẹp
Tương thích sinh học loại I (sử dụng ngắn hạn)

Nhược điểm:

Chống mòn và gãy xương vừa phải

Lý tưởng cho: dụng cụ và dụng cụ phẫu thuật

Hướng dẫn phẫu thuật nha khoa được in bằng SLA trong Dụng cụ y tế tùy chỉnh
Hướng dẫn phẫu thuật nha khoa 3D được in bằng SLA trong Nhựa gia dụng y tế tùy chỉnh . Hình ảnh của Formlabs

Nhựa dài hạn tương thích sinh học nha khoa (Class IIa tương thích sinh học)

Loại nhựa này được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị chỉnh nha dài hạn. Các loại nhựa tương thích sinh học loại IIa có thể tiếp xúc với cơ thể con người trong vòng một năm.

Khả năng chống gãy và mòn cao của chúng làm cho nó hoàn hảo để tạo ra các thanh nẹp cứng hoặc vật giữ.

Ưu điểm:

Độ chính xác cao
Khả năng chống gãy và mòn cao
Tương thích sinh học loại II

Nhược điểm:

Giá cao

Lý tưởng cho: dụng cụ nha khoa dài hạn, các bộ phận y tế chống gãy và mòn, nẹp cứng, vật giữ

Dụng cụ giữ răng tùy chỉnh 3D được in bằng SLA bằng nhựa tương thích sinh học dài hạn
Dụng cụ giữ răng tùy chỉnh 3D được in bằng SLA bằng nhựa tương thích sinh học dài hạn nha khoa . Hình ảnh lịch sự của Formlabs

Tương thích sinh học Class I vs Class IIa

Các quy định về tính tương hợp sinh học loại I đề cập đến các vật liệu được phép sử dụng cho:

  • các thiết bị không xâm lấn tiếp xúc với da nguyên vẹn
  • dụng cụ để sử dụng tạm thời hoặc sử dụng ngắn hạn trong miệng hoặc ống tai hoặc trong khoang mũi
  • dụng cụ phẫu thuật tái sử dụng

Các quy định tương thích sinh học loại IIa đề cập đến các vật liệu được phép sử dụng cho:

  • các thiết bị tiếp xúc với chất lỏng cơ thể hoặc vết thương hở
  • các thiết bị được sử dụng để quản lý hoặc loại bỏ các chất đến và ra khỏi cơ thể con người
  • các thiết bị ngắn hạn xâm lấn, chẳng hạn như các yếu tố phẫu thuật xâm lấn
  • thiết bị cấy ghép dài hạn đặt trong răng

Tò mò về chi phí và các tùy chọn vật liệu có sẵn của SLA / DLP?

Nhận báo giá ngay Xem tất cả các tài liệu SLA

Nhựa SLA đúc được

Nhựa đúc để làm đồ trang sức

Vật liệu này cho phép các bộ phận được in với các chi tiết sắc nét và hoàn thiện mịn, và sẽ cháy sạch mà không để lại tro hoặc cặn.

Nhựa đúc cho phép sản xuất các bộ phận trực tiếp từ thiết kế kỹ thuật số đến đầu tư đúc thông qua một phần được in 3D. Chúng thích hợp cho đồ trang sức và các thành phần nhỏ và phức tạp khác.

Ưu điểm:

Hàm lượng tro thấp sau khi đốt (dưới 0,02%)
Tính năng tốt và chi tiết cao

Nhược điểm:

Tác động thấp và chống mài mòn
Yêu cầu xử lý nguội để đảm bảo kết quả tốt nhất

Lý tưởng cho: đúc mẫu cháy, làm đồ trang sức

Một nguyên mẫu vòng trước khi đúc 3D được in bằng SLA bằng nhựa Castable
Một nguyên mẫu vòng trước khi đúc 3D được in bằng SLA bằng nhựa có khả năng đúc

Kinh nghiệm

  • Chọn nhựa tiêu chuẩn cho các nguyên mẫu với bề mặt giống như khuôn phun mịn.
  • Đối với các nguyên mẫu chức năng, chọn Nhựa cứng nếu độ cứng là yêu cầu thiết kế chính của bạn, Nhựa bền cho các bộ phận cần khả năng chống va đập cao hơn hoặc có các bộ phận chuyển động và nhựa gia cố gốm cho các bộ phận có tính năng tốt.
  • Nhựa giống như cao su có thể sản xuất các bộ phận có độ cứng thấp và tính linh hoạt cao, nhưng thiếu hiệu suất của cao su thật.
  • Nhựa chịu nhiệt có thể chịu được nhiệt độ trên 200 o C, nhưng dễ gãy.
  • Nhựa tương thích sinh học loại I thích hợp để tiếp xúc bên ngoài với cơ thể con người, trong khi nhựa tương thích sinh học loại II thích hợp cho các thiết bị xâm lấn ngắn hạn.
  • Nhựa đúc có thể để lại rất ít dư lượng và hàm lượng tro sau khi kiệt sức (dưới 0,02%).

 

 

 

 

 

admin

In3d

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *