Содержание
Какой самый прочный материал для 3D печати?
3DPrintStory
  
Процесс 3D печати
  
Какой самый прочный материал для 3D печати?
Хотя процесс 3D печати и кажется отличной альтернативой классическим методам производства, произведенные детали могут оказаться непрочными и непригодными для использования. Как правило — это результат использования стандартных материалов, которые не рассчитаны на прочность и долговечность. Но выход есть: используйте прочные материалы! Прочные материалы для 3D печати могут значительно расширить ваши возможности, так как вы можете печатать детали и отдельные узлы для небольших проектов, не опасаясь их поломки.
В этой статье мы рассмотрим три самых прочных типа материалов для 3D печати.
Однако перед этим мы подробно рассмотрим, что означает прочность с точки зрения филаментных материалов.
Что такое прочность и как мы ее будем оценивать?
Прочность материала можно измерить различными методами и оценивать по разному. В этой статье мы в основном будем использовать прочность на разрыв (напряжение до того, как что-то сломается). Мы укажем предел прочности каждого материала для 3D печати на разрыв в фунтах или фунтах на квадратный дюйм (PSI).
Несмотря на очевидное количество фунтов, которое может выдержать материал, все же есть предел погрешности в зависимости от того, как была напечатана деталь. Мы собрали исследования из разных источников, чтобы убедиться, что эти три материала являются самыми прочными.
Вы также должны понимать, что сам материал — не единственный фактор, который влияет на прочность готового изделия. Сам дизайн, постобработка и процесс 3D печати также влияют на прочность детали.
Поликарбонат
По мнению многих производителей и обозревателей, поликарбонат (ПК) считается самой прочной нитью для 3D печати из существующих.
В частности, добиться высокой прочности изделий из поликарбоната можно при 3D печати цельнометаллическим хот эндом и 3D принтером в корпусе, который изолирован от влияния внешней среды.
Немного цифр
Airwolf 3D после множества испытаний филаментов пришли к выводу, что поликарбонат — лучший выбор из прочных филаментов для настольных 3D принтеров. Они смогли повесить до 685 фунтов на крючок, напечатанный поликарбонатом, и обнаружили, что этот материал имел предел прочности на разрыв 9800 фунтов на квадратный дюйм. Напротив, та же деталь, напечатанная на PLA, могла выдержать только 285 фунтов.
Используя аналогичный тест, MatterHackers изучили прочность на разрыв этого типа нити, а также ряд других материалов. Они смогли повесить на крюк на поликарбонат в среднем 409 фунтов, в то время как детали из PLA имели значительно более слабый средний вес — всего 154 фунта.
Наконец, известный ютубер Томас Санладерер, занимающийся 3D печатью, рассмотрел несколько поликарбонатных материалов и дал очень положительные отзывы о прочности материала.
3D печать поликарбонатом
Стоит заметить, что качество 3D печати поликарбонатом не очень хорошее. По сравнению с другими материалами, выступы и мелкие детали могут получиться не так хорошо как с использованием того же PLA.
По данным Rigid.Ink, поликарбонат в основном продают в прозрачном цвете. Этот материал для 3D печати обладает отличной термостойкостью, а также ударопрочностью. Но обратите внимание, что печатать вам придется при высоких температурах. Как уже упоминалось выше, лучше использовать закрытый 3D принтер и цельнометаллический хотэнд.
Плюсы поликарбоната: сверхпрочный, отличная термическая и ударопрочность.
Минусы поликарбоната: плохо справляется с выступами и мелкими деталями 3D модели, требуется корпус и цельнометаллический хотэнд, ограниченное количество цветов.
Нейлон
Следующий в нашем списке прочных материалов для 3D печати — нейлон. Этот материал многие считают самым надежным для настольных 3D принтеров.
Нейлон уступает по прочности поликарбонату, но все же явно прочнее остальных конкурентов, таких как PLA и ABS.
Немного цифр
Крюк, напечатанный из нейлоновой (910) нити, имел прочность на разрыв 7000 фунтов на квадратный дюйм, в то время как тот же крючок из ABS имел прочность только 4700 фунтов на квадратный дюйм, согласно данным Airwolf 3D. Airwolf 3D также отметили, что зажим, напечатанный из нейлоновой нити, выдерживает 485 фунтов.
MatterHackers выкладывали аналогичные результаты и заметили, что крючок, напечатанный из их материала NylonX, в среднем может удерживать 364 фунта до того, как сломается. Компания Rigid.Ink также провела обзор некоторых нейлоновых нитей и дала им четыре из пяти оценок прочности и пять — по долговечности. Для сравнения: прочность и долговечность PLA составляет три условные единицы.
3D печать нейлоном
Печатать нейлоном немного легче, чем поликарбонатом, но это все еще не PLA. Нейлоновая нить довольно гигроскопична, поэтому она должна быть сухой и требует высокой температуры печати 220-270 °C.
Этот материал склонен к небольшому короблению, но также устойчив к ударам, усталости и высокой температуре.
Плюсы нейлона: ударопрочность, устойчивость к усталости, термостойкость, легче печатать, чем поликарбонатом.
Минусы нейлона: гигроскопичность, коробление, требуется очень высокая температура хот энда.
Композиты
Наконец, композитные нити, хотя и не являются по сути одним материалом, могут быть чрезвычайно прочными. Композиты — это нити с определенными добавками, которые влияют на свойства материала, в том числе для повышения прочности. В названиях этих нитей обычно есть слова «pro», «reinforced» (армированные) или «infused» (настоянные), поскольку они обычно представляют собой смесь разных материалов.
По этой причине невозможно оценить, где находятся композитные волокна по сравнению с двумя предыдущими материалами. Некоторые композиты, такие как Carbonyte, могут конкурировать с нейлоновыми нитями по прочности, в то время как некоторые композиты менее прочные.
Все зависит от того, из чего состоит композитная нить. Прочные обычно представляют собой высокопрочный материал, такой как нейлон, пропитанный другим высокопрочным материалом, например, углеродное волокно или стекло.
Говоря об углеродном волокне — это тоже очень прочная нить, которую иногда используют для 3D печати велосипедов. Однако некоторые композитные волокна прочнее, чем многие волокна из чистого углеродного волокна, поэтому они не вошли в тройку лучших, но заслуживают особого упоминания как композитные волокна.
Немного цифр
В качестве примеров мы будем использовать нейлон с углеродным волокном и нейлоновые нити со стекловолокном. MatterHackers определили, что крючки, напечатанные на этих материалах, могут удерживать в среднем 349 и 268 фунтов соответственно.
Rigid.Ink дал нейлоновой нити со стекловолокном четыре из пяти оценок прочности и пять — по долговечности. Они также дали нейлону с углеродным волокном пять из пяти оценок как по прочности, так и по долговечности.
Для сравнения, PLA и ABS имели тройку по прочности.
3D печать композитами
Композитные материалы различаются по способу 3D печати, но они, как правило, относительно похожи на их основной материал. Прочные композитные волокна обычно изготавливаются из нейлона, поэтому вам придется печатать при довольно высоких температурах. Эти нити также довольно дорогие.
Плюсы композитов: Это комбинация нескольких материалов с достижением максимально лучших свойств, прочные.
Минусы композитов: Дорогие, требуют высоких температур 3D печати.
Самый прочный и крепкий металл в мире, наиболее легкие металлы на Земле
Металлы использовались человеком еще на заре цивилизации. Одним из первых известных была медь, благодаря своей легкости в обработке и широкой распространенности. Археологи находили в процессе раскопок тысячи медных изделий. Прогресс не стоит на месте, и вскоре человечество научилось производить прочные сплавы, чтобы изготавливать оружие и сельскохозяйственные инструменты.
По сей день эксперименты с металлами не прекращаются, так что стало возможным выявить, какой самый прочный металл в мире.
Иридий
Итак, самый прочный металл ‒ это иридий. Получают его путем выпадения осадка от растворения платины в серной кислоте. По прошествии реакции вещество приобретает черный цвет, в дальнейшем в процессе различных соединений может менять цвет: отсюда и название, в переводе означающее «радуга». Иридий открыли в начале XIX века, и с тех пор было найдено всего два способа растворить его: расплавленная щелочь и перекись натрия.
Иридий очень редко встречается в природе, в составе земли его количество не превышает 1 к 1 000 000 000. Вследствие этого, одна унция материала стоит как минимум 1000 долларов.
Иридий широко применяется в разных сферах деятельности человека, особенно в медицине. Из него производят глазные протезы, слуховые аппараты, электроды для мозга, а также специальные капсулы, которые вживляют в раковые опухоли.
По теории ученых, столь малое количество вещества говорит о том, что оно имеет инопланетное происхождение, а именно, принесено каким-либо астероидом.
Рутений
Другой самый крепкий металл в мире, наименование которого произошло от названия нашей страны. Впервые его обнаружили на Урале. Вернее там нашли платину, в составе которой русские ученые позднее выявили новый металл. Это было 200 лет назад.
Благодаря своей красоте рутений нередко применяется в ювелирном деле, но не в чистом виде, ведь он очень редок
Рутений относится к благородным металлам. Он обладает не только твердостью, но и красотой. По твердости он лишь немного уступает кварцу. Но при этом он весьма хрупкий, его легко раскрошить в порошок или разбить, уронив с высоты. Кроме того, это самый легкий и прочный металл, его плотность едва ли составляет тринадцать граммов на сантиметр в кубе.
При всем своем плохом сопротивлении ударам рутений прекрасно противостоит высоким температурам. Чтобы его расплавить, необходимо нагреть более чем до 2300 градусов. Если сделать это при помощи электрической дуги, вещество может перейти сразу в газообразное состояние, миновав стадию жидкости.
В составе сплавов его применение чрезвычайно широко, даже в космической механике, к примеру, сплавы металлов рутения и платины были избраны для изготовления топливных элементов для искусственных спутников Земли.
Тантал
Первым на Земле этот металл открыл шведский ученый Экеберг. Но выделить его в чистом виде химику так и не удалось, с этим возникли трудности, поэтому он и получил название греческого героя мифов, Тантала. Активно использоваться тантал начал лишь в период Второй мировой войны.
Тантал ‒ твердый долговечный металл серебристого цвета, при обычной температуре проявляет мало активности, окисляется лишь при нагреве свыше 280°С, а плавится лишь при почти 3300 Кельвин.
Невзирая на свою прочность, тантал довольно пластичен, приблизительно как золото, и работа с ним не вызывает затруднений
Допускается использование тантала в качестве заменителя нержавеющих сталей, срок службы может отличаться на целых двадцать лет.
Также тантал применяется:
А еще советуем почитать:Самая сильная кислота в мире
- в авиации для изготовления жаропрочных деталей;
- в химии в составе антикоррозийных сплавов;
- в ядерной энергетике, поскольку он крайне устойчив к парам цезия;
- медицине для изготовления имплантатов и протезов;
- в вычислительной технике для производства сверхпроводников;
- в военном деле для разного рода снарядов;
- в ювелирном деле, поскольку при окислении он может приобретать различные оттенки.
Хром
Этот металл считается биогенным, значит, способен положительно влиять на живые организмы. К примеру, количество хрома регулирует уровень холестерина. Если хрома в организме меньше шести миллиграммов, то это приводит к резкому увеличению холестерина в крови. Получить ионы хрома можно, к примеру, из перловки, утятины, печёнки или свёклы.
Хром тугоплавок, не реагирует на влагу и не окисляется (только при нагревании выше 600°С).
Металл активно используют для создания хромированных покрытий, зубных коронок
Бериллий
Этот долговечный металл ранее назывался глюцинием, потому что люди отметили его сладковатый вкус. Кроме того, у этого вещества еще много удивительных свойств. Он неохотно вступает в химические реакции. Чрезвычайно прочен: опытным путем установлено, что бериллиевая проволока толщиной в миллиметр способна удержать на весу взрослого человека. Для сравнения, алюминиевая проволока выдерживает лишь двенадцать килограммов.
Бериллий очень ядовит. При попадании в организм он способен заменять магний в костях, это состояние носит название бериллиоз. Он сопровождается сухим кашлем и отечностью легких, может привести к смерти. Ядовитость, пожалуй, единственный существенный недостаток бериллия для человека. В остальном же у него масса плюсов и масса способов применения: тяжелая промышленность, ядерное топливо, авиация и космонавтика, металлургия, медицина.
Бериллий очень легок, в сравнении с некоторыми щелочными металлами
Осмий
Этот прочный металл еще более дорогой, чем иридий (а уступает лишь калифорнию). Однако применяется он в таких областях, где важнее результат, чем затраты на него: для производства медицинского оборудования в самые лучшие мировые клиники. Кроме того, может использоваться для изготовления электрических контактов, деталей измерительной техники и дорогих часов вроде «Ролекс», электронных микроскопов, военных боеголовок. Благодаря осмию они становятся прочнее и выдерживают более высокие температуры, вплоть до экстремальных.
Осмий не встречается в природе самостоятельно, только в паре с родием, так что после добычи предстоит задача разделить их атомы. Реже встречается осмий в «комплекте» с платиной, медью и некоторыми другими рудами.
В год на планете вырабатывается лишь несколько десятков килограммов вещества
Рений
Этот металл обладает очень прочной структурой.
Сам он беловатого цвета, а при измельчении в порошок становится черным. Металл очень редок и добывается в совокупности с другими рудами и минералами. Концентрация рения в природе ничтожно мала.
Из-за невероятной дороговизны вещество используются лишь в случаях крайней необходимости. Ранее его сплавы благодаря своей жаростойкости использовались в авиации и ракетостроении, в том числе для оснащения сверхзвуковых истребителей. Именно эта сфера и была основным пунктом мирового потребления рения, сделав его материалом военно-стратегического назначения.
Из рения делают нити накаливания и пружины для измерительных приборов, самоочищающиеся контакты и специальные катализаторы, необходимые для получения бензина. Именно это в последние годы повысило спрос на рений в разы. Мировой рынок готов буквально сражаться за этот редкий металл.
Во всем мире есть лишь одно его полноценное месторождение, и находится оно в России, второе, гораздо меньше, — в Финляндии
Ученые изобрели новое вещество, которое по своим свойствам может стать прочнее известных металлов.
Его назвали «Ликвид-металл». Эксперименты с ним начались совсем недавно, но он уже зарекомендовал себя. Вполне возможно, в скором времени «Ликвид-металл» потеснит так хорошо известные нам металлы.
Это может быть самый прочный и легкий материал на Земле: ScienceAlert
Tech36 Январь 2018
Джун Хавелоса, Футуризм
( Мелани Гоник / Массачусетский технологический институт )
В течение многих лет исследователи знали, что углерод при определенном расположении может быть очень прочным.
Показательный пример: графен. Графен, который до сих пор был самым прочным материалом, известным человеку, сделан из чрезвычайно тонкого листа атомов углерода, расположенных в двух измерениях.
Но есть один недостаток: несмотря на то, что графен известен своей тонкостью и уникальными электрическими свойствами, из него очень сложно создавать полезные трехмерные материалы.
В январе прошлого года группа исследователей из Массачусетского технологического института обнаружила, что, взяв небольшие чешуйки графена и сплавив их по сетчатой структуре, не только сохраняется прочность материала, но и графен остается пористым.
Основываясь на экспериментах, проведенных с 3D-печатными моделями, исследователи определили, что этот материал с его особой геометрией на самом деле прочнее, чем графен, что делает его в 10 раз прочнее стали при плотности всего 5 процентов.
Открытие чрезвычайно прочного, но исключительно легкого материала найдет множество применений.
Как сообщает MIT:
«Новые результаты показывают, что решающий аспект новых трехмерных форм больше связан с их необычной геометрической конфигурацией, чем с самим материалом, что предполагает, что аналогичные прочные и легкие материалы могут быть изготовлены из различных материалов путем создания схожие геометрические элементы».
Ниже вы можете увидеть результаты моделирования испытаний на сжатие (вверху слева и i) и растяжение (внизу слева и ii) на трехмерном графене:
Авторы и права: Чжао Цинь
«Вы можете использовать настоящий графеновый материал или использовать геометрию, которую мы открыли для других материалов, таких как полимеры или металлы», — сказал Маркус Бюлер, глава Департамента гражданского и экологического проектирования (CEE) Массачусетского технологического института. и профессор технических наук McAfee.
«Сам материал можно заменить чем угодно. Геометрия является доминирующим фактором. Это то, что может быть использовано во многих вещах.»
Крупномасштабные строительные проекты, такие как мосты, могут повторять геометрию, чтобы конструкция была прочной и надежной.
Строительство может оказаться проще, учитывая, что используемый материал теперь будет значительно легче. Из-за своей пористой природы он также может применяться в системах фильтрации.
Это исследование, по словам Хуацзянь Гао, профессора инженерии в Университете Брауна, не участвовавшего в этой работе, «показывает многообещающее направление объединения прочности 2D-материалов и возможностей проектирования материальной архитектуры».
Эта статья была первоначально опубликована Futurism. Прочитайте оригинальную статью.
Знаете ли вы 6 самых легких и прочных материалов на Земле?
Архитекторы постоянно ищут материалы, которые могут улучшить их проекты, сделав их более прочными, быстрыми в строительстве, более энергоэффективными или экологически чистыми. В этой статье мы сосредоточимся на самых легких и прочных материалах на земле и на том, как их можно использовать в здании.
Карбин
Одним из старейших материалов в этом списке является карбин, впервые предложенный Адольфом фон Байером в 1885 году. Он в два раза жестче графена и создается из нитей углеродных цепей.
Аэрографит
В отличие от карбина, аэрографит представляет собой синтетическую пену, которая может быть изготовлена в различных формах и имеет высокую плотность 180 граммов на кубический метр.
В настоящее время он не тестировался в области архитектуры, однако был предложен в качестве материала, который поможет очистить разливы нефти.
Аэрографен (аэрогель)
В семь раз легче воздуха и на 12 % легче аэрографита, аэрографен, также известный как аэрогель, стал самым легким материалом в мире. Материал создается с использованием золь-гель процесса, поэтому раствор графена и углеродных нанотрубок заливают в форму, а затем сушат вымораживанием. В настоящее время этот материал предлагается в качестве эффективного метода очистки разливов нефти, но мы можем ожидать, что он скоро проникнет в архитектуру.
Металлическая микрорешетка
Этот материал был впервые представлен в 2011 году, и с тех пор с ним проводились эксперименты, чтобы выяснить, можно ли его дополнительно оптимизировать для повышения прочности. Материал был вдохновлен структурой человеческих костей и состоит из соединенных между собой трубок, которые на 99,99% являются голографическими.
В настоящее время ученые изучают возможность использования этого материала для будущих космических миссий, поскольку он облегчит полет.
Зубы блюдца
Если в течение многих лет самым прочным природным материалом в мире был шелк паука, то теперь на него претендуют зубы блюдечек. В то время как исследования все еще определяют точный состав, ответственный за его прочность, статья в интерфейсе журнала Королевского общества предполагает, что прочность обусловлена его плотно упакованными минеральными волокнами. Цель состоит в том, чтобы объединить волокна в искусственные композиты для создания более прочных структур.
Трехмерный графен
Исследователи из Массачусетского технологического института успешно превратили двумерный графен в трехмерную структуру, которая теперь считается даже прочнее, чем ее двумерный аналог. Материал, изготовленный из чистого углерода, имеет 5-процентную плотность стали и примерно в 10 раз прочнее стали.