3D プリントパーツの強度を上げる方法

3D プリントは、強力なポリマーおよび金属部品を作成できます。ただし、3D プリントパーツの特定の用途では、より高い強度が必要になる場合があります。設計と材料の選択は、3D プリントパーツの強度を決定する最も重要な要素です。ただし、他の簡単で重要な強度向上技術を無視すると、適切に設計された部品でも弱点を示して機能しなくなる可能性があります。

3D プリントを強化するためのさまざまな手法があります。これらは、部品の形状、印刷設定、後処理の 3 つの大きなカテゴリに分類できます。

パーツ形状

パーツの形状は、3D プリントの強度を決定する上で重要な役割を果たします。フィレットと面取りを使用するとエッジの機械的強度が向上し、ガセットとリブが構造的なサポートを提供します。

フィレットまたは面取りを使用

フィレットまたは面取りは、3D パーツの薄肉セクションの強力な基盤となります。ノズルが印刷物からデリケートな部分を叩き落とすのを防ぎます。

リブとガセットを使用する

リブとガセットは、壁または平面から垂直に突き出た薄い押し出しです。それらはサポートを提供し、パーツの強度を高めます。リブの厚さは壁の厚さの半分で、壁の厚さの 2 倍以上の間隔で配置する必要があります。大きくて背の高い肋骨は避けるべきです。代わりに、複数の小さなリブを使用する必要があります。

3D プリント設定

より強力な部品を製造するには、3D プリントプロセスの最適な設定が必要です。これらの設定には以下が含まれます。

3D プリントのインフィル

インフィルとは、単に 3D パーツの外壁の内側にある材料の量を指します。この技術は、強度を高めるために FDM 3D 印刷で一般的に使用されます。インフィル設定は、インフィルパターンとインフィル密度の 2 つの方法で行われます。

インフィルパターン

これは、3D プリントパーツ内のスペースを埋める反復構造です。通常は非表示になっています。インフィルパターンには多数のスタイルがあります。それらには以下が含まれます。三角形のパターン、アルキ、長方形、ハニカムまたは六角形、および同心円。 Archi インフィルパターンは、円形または丸みを帯びたパーツに最適です。長方形のインフィルパターンは、グリッドが平行で垂直であるため、100% の密度のパーツを作成できます。六角形の充填パターンは最高の強度対重量比を提供しますが、印刷に最も時間がかかります.

充填密度

0% のインフィルにはインフィルがなく、100% のインフィルでは完全にソリッドなパーツが得られます。 100%のインフィルが最強のパーツです。しかし、多くの場合、重量とコストを増加させるのは不要な材料の使用です。ハニカムパターンは 50% 未満のパーセンテージに最適ですが、直線パターンは 50% を超えるパーセンテージに最適です。一般的な充填密度は 20% から 25% です。

パーツの向き

3D プリントされたパーツは、ビルドエンクロージャに平行な面で最も強力です。これは、層内の分子結合が層間の接着結合よりもはるかに多いためです。これらは X 平面と Y 平面です。この技術は FDM 3D プリントに共通ですが、強度を向上させるために SLA や SLS などの他のプロセスで使用できます。パーツの向きは、パーツのどこに荷重と圧力がかかるかによって異なります。

シェルの厚さ

これは、3D パーツの強化に重要な役割を果たします。シェルが厚いほど、パーツが強くなります。 FDM 印刷では、ノズル直径の 3 ～ 4 倍のシェル厚が、重く持続的な荷重を受ける部品に最適です。ほとんどの 3D プリントプロセスでは、標準の最小厚さ約 1 mm を使用します。ただし、これを増やすと、引張強度と衝撃強度が向上します。他の 3D プリント技術の推奨厚さの詳細については、デザインガイドを参照してください。

ポストプロダクション処理

印刷された部品の強度をさらに高めるために、後処理を検討することもできます。 3D プリントパーツの強度を大幅に向上させることができる次の後処理操作。

アニーリング

アニーリングとは、単純に 3D プリントされたパーツを加熱し、徐々に冷却して内部応力を緩和し、より頑丈なパーツにするプロセスです。金属とガラスはアニールできますが、すべてのポリマーがアニールできるわけではありません。アニーリングに適した素材には、PLA、PET、PA 12 などがあります。

電気めっき

電気めっきは、パーツを水と金属塩の溶液に浸すことを含む、印刷後の技術です。溶液に電流が流れると、金属カチオンが部品の周囲に薄いコーティングを形成します。この手法は、FDM、SLS、SLA、または SCM プリンターの 3D パーツに適用できます。金属部品とほぼ同じ機械的特性を部品に与えるため、いくつかの用途では金属 3D プリントのはるかに安価な代替手段となります。

ただし、電気メッキ部品は内部がプラスチックであるため、内部のプラスチックの軟化温度よりも高い温度に加熱すると、内部の強度が失われます。外装の金属が溶けなくても。亜鉛、クロム、ニッケル、銅など、いくつかの金属を電気めっきに使用できます。電気めっきの前に、3D パーツを下塗りして、金属が付着するのに適した導電性表面を確立することが重要です。プライミングにはグラファイトが一般的に使用されます。

樹脂コーティング

エポキシ樹脂またはポリエステル樹脂は、3D プリント部品のコーティングに使用できます。エポキシコーティングは、エポキシ塗料で行われる不溶性の表面コーティングです。塗料には2つの化学物質が含まれています。エポキシ樹脂と硬化剤。結果として得られるコーティングは、通常、コーティングされていない部品よりも耐久性があり、強靭です。ただし、パーツに極端な幾何学的精度と鋭いエッジが必要な場合、エポキシコーティングは適切ではありません。一方、ポリエステル樹脂は薄く、入り組んだ部品に広げることができます。レジンは塗布後 5 分で硬化し始め、完全に乾くまで通常 24 時間かかります。樹脂コーティングは、どのプリンタからでも、どの部分にも適用できます。