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掌握3D打印材料的核心性能参数

来源:杰呈3D打印 发布时间:2025-12-31 10:38:35 浏览次数:0
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虽然很少有人对长丝规格表中“断裂伸长率”或“冲击强度”这类术语感兴趣,但当您需要使用一台尚未配置相应打印参数文件的FDM长丝时,这些数据就是关键的切入点。

“当您希望尝试新材料并突破自身舒适区时,技术资料显得尤为重要,”盖洛德指出。这其中包括理解如何正确阅读材料技术数据表(TDS)。

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规格表的多样性与挑战

遗憾的是,长丝技术数据表目前缺乏统一的标准格式。同一种材料的参数可能使用不同术语、依据不同的国际测试标准(如ISO、ASTM)、采用不同的计量单位,并引用不同类别的结果(如最大值、平均值等)。这些变量使得直接对比不同规格表变得十分困难。

问题还在于,部分长丝甚至不会注明其基础聚合物类型(如PLA、PC或TPU),而仅以“柔韧”、“坚韧”、“光滑”或“耐用”等描述性名称代替。但只要理解下文将介绍的核心概念及其与最终打印件性能的关联,您就能从中提取必要信息。当然,如果某款耗材未提供技术数据表,建议谨慎购买。

强度性能解析

我们都希望打印部件足够坚固,但“坚固”具体指什么呢?关于强度,存在多种科学的测量方式,通常在规格表中能找到至少三种。

拉伸强度(亦称极限拉伸强度、断裂拉伸强度,常标记为Ftu)是指材料在被拉断前所能承受的最大拉应力。测试方法类似于将样品置于夹具中向两端拉伸。此数值实际反映了部件断裂的难易程度或材料的脆性。例如,不锈钢的拉伸强度约为860 MPa,而玻璃约为33 MPa。

抗弯强度(又称屈服强度、断裂模量或弯曲强度)指材料在断裂前能承受的弯曲程度。请注意不要与“弯曲模量”混淆,后者衡量的是材料抵抗弯曲变形的能力。以松木为例,其抗弯强度约为41.4 MPa,而ABS塑料则可达60 MPa。

冲击强度(常称为悬臂梁冲击强度、夏比冲击强度,或通俗理解为韧性)表示部件在受到突然冲击(如跌落)时抵抗断裂的能力。其单位通常为焦耳/平方米(J/m²)或英尺·磅/平方英寸(ft·lb/in²)。例如,40%玻璃纤维填充的聚碳酸酯冲击强度可能约110 J/m²,而高抗冲ABS可能达到500 J/m²左右。

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柔韧性能指标

若您需要最终部件具备一定的柔韧性,则需关注以下几项关键测量值。

如前所述,弯曲模量表征材料抵抗弯曲变形的能力,即材料的刚性。弯曲模量越高,材料越不易弯曲。例如,多数碳纤维增强PA12材料相当坚硬,最大弯曲模量可达14 GPa左右;而柔性PA11的弯曲模量可能仅为0.65 GPa。注意,弯曲模量的单位通常是兆帕(MPa)或吉帕(GPa,1 GPa = 1000 MPa)。

弹性模量(也称杨氏模量、拉伸模量)用于评估材料的弹性,反映了变形程度与所需应力之间的比例关系。例如,典型TPU长丝的拉伸模量约为70 MPa(弹性很好),而大多数PEEK长丝的拉伸模量可高达3720 MPa(弹性很低)。

对于聚合物线材,“硬度”一词含义较为宽泛,可能指耐刮擦性、耐磨性或抗压痕能力。塑料硬度常用洛氏硬度或肖氏硬度表示,这与前述的强度或柔韧性指标关联不大。肖氏硬度在弹性体与柔性材料(如TPU)中较为常见,所有此类材料均属于肖氏A标尺,并通过具体数值进一步区分,例如肖氏95A。

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数据可视化与其它关键参数

为便于理解这些术语和测量值,部分材料制造商开始采用蜘蛛网图等关键属性图表,让用户能直观对比材料特性。然而,不同制造商可能选择展示不同的六到七种属性,或采用不同的排列顺序,因此这类图表在进行专业FDM耗材对比时,其效用可能仍有限。

许多技术数据表还会包含其他实用信息,例如吸湿率或吸水率(数值在0.01表示低吸湿,3表示高吸湿),这对于确定储存条件和干燥时长非常重要;以及玻璃化转变温度(Tg。Tg并非熔点,而是材料保持其结构稳定性的最高温度上限。这意味着,打印温度不应超过Tg,且最终部件也不应在高于此温度的环境中长期使用。


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