Styrkesammenligning: 3D-printede deler mot tradisjonelt produserte komponenter

Når du vurderer om 3D-printing er det rette valget for ditt prosjekt, er styrke ofte en avgjørende faktor. Mange tror fortsatt at 3D-printede deler er svakere enn tradisjonelt produserte komponenter, men moderne 3D-printing teknologi og materialer har revolusjonert denne oppfatningen.

Hvordan måles styrke i 3D-printede materialer?

Styrke i 3D-printing måles på flere måter:

• Strekkstyrke: Hvor mye kraft materialet tåler før det ryker
• Bøyestyrke: Materialets motstand mot deformasjon under belastning
• Slagstyrke: Evnen til å absorbere energi ved plutselig påkjenning
• Trykkmotstand: Hvor mye kompresjon materialet tåler

Resultatet avhenger sterkt av hvilket materiale du velger, hvordan delen er designet, og ikke minst hvilken fyllprosent som brukes.

De sterkeste materialene for 3D-printing

ABS - Det mest allsidige styrkevalget

ABS er blant de mest populære materialene for styrkeapplikasjoner. Det har utmerket slagstyrke og fleksibilitet, noe som gjør det ideelt for:

• Bildeler og karosserideler
• Elektronikkhus som må tåle fall
• Funksjonelle prototyper som skal testes under reelle forhold
• Verktøy og fiksturer i industrien

ABS kan oppnå strekkstyrke på opptil 40 MPa, som er sammenlignbart med mange sprøytestøpte deler.

PLA - Sterk nok for de fleste bruksområder

PLA har god strekkstyrke, men er mindre fleksibelt enn ABS. Det fungerer utmerket for:

• Prototyper og konseptmodeller
• Dekorgjenstander som ikke utsettes for høy belastning
• Utdanningsprosjekter
• Hobbyprosjekter der presisjon er viktigere enn ekstrem styrke

PETG - Kombinerer det beste av begge verdener

PETG tilbyr en god balanse mellom styrke og enkel printing, selv om det ikke alltid er første valg for høy-styrke applikasjoner.

Sammenligning med tradisjonelle produksjonsmetoder

Sprøytestøping vs 3D-printing

I masseproduksjon har sprøytestøping tradisjonelt vært overlegen når det gjelder styrke, men forskjellene blir mindre og mindre:

Styrkefordeler ved sprøytestøping:

• Jevn materialfordeling
• Ingen lag-til-lag svakheter
• Optimalisert for høyt volum

Styrkefordeler ved 3D-printing:

• Mulighet for komplekse geometrier som styrker strukturen
• Ingen behov for formdeling eller støpelinjer som kan svekke delen
• Kan optimaliseres for spesifikke belastningsretninger

Maskinert vs 3D-printede deler

Maskineringsteknologien gir vanligvis de sterkeste komponentene, men 3D-printing vinner på andre områder:

Maskinering:

• Høyeste materialstyrke
• Utmerket overflatebehandling
• Presise toleranser

3D-printing:

• Ingen materialspill
• Kan lage komplekse innvendige strukturer
• Raskere fra design til ferdig del
• Kostnadseffektivt for små volumer

Hvordan optimalisere styrken i 3D-printede deler

Fyllprosent og styrke

Fyllprosent har dramatisk innvirkning på styrken:

• 20% fyllprosent: Tilstrekkelig for de fleste prototyper og ikke-kritiske deler
• 50% fyllprosent: God styrke for funksjonelle deler som skal tåle moderat belastning
• 75-100% fyllprosent: Maksimal styrke for kritiske komponenter

Økning fra 20% til 50% fyllprosent kan doble styrken, mens økning til 100% gir ytterligere 30-40% styrkeøkning.

Retning og orientering

Styrken varierer betydelig med printretning:

• XY-retning: Sterkest retning i de fleste 3D-printede deler
• Z-retning: Svakeste retning på grunn av lag-til-lag binding
• 45-graders orientering: Ofte optimal for deler som belastes i flere retninger

Lagtykkelse og bonding

Tynnere lag gir generelt sterkere deler:

• 0.1-0.15mm lag: Maksimal styrke, men lengre printetid
• 0.2mm lag: God balanse mellom styrke og hastighet
• 0.3mm eller mer: Raskere printing, men redusert styrke

Praktiske eksempler på styrketesting

Bildeler

En bilprodusent testet 3D-printede ABS-komponenter mot sprøytestøpte ekvivalenter. Resultatet viste at 3D-printede deler med 75% fyllprosent oppnådde 85% av styrken til sprøytestøpte deler, men kunne produseres på en brøkdel av tiden for prototyping.

Industri-verktøy

I en produksjonslinje ble tradisjonelle metallverktøy erstattet med 3D-printede ABS-alternativer. De 3D-printede verktøyene varte gjennom 5000 sykluser før utskiftning var nødvendig, mens metallverktøyene varte 15000 sykluser. For verktøy som må endres ofte, var 3D-printing likevel mer kostnadseffektivt.

Når velge 3D-printing fremfor tradisjonell produksjon?

3D-printing er det beste valget når:

• Du trenger rask prototyping eller små volumer
• Delen har kompleks geometri som er vanskelig å maskinere
• Kostnaden for verktøy eller former er for høy
• Du trenger muligheten til raskt å iterere designet
• Styrkeforskjellen ikke er kritisk for applikasjonen

Tradisjonell produksjon er fortsatt best når:

• Du trenger maksimal styrke og lange levetider
• Volumer er høye nok til å rettferdiggjøre verktøykostnader
• Overflatebehandling er kritisk
• Materialkrav overgår det 3D-printing kan tilby

Fremtiden for styrke i 3D-printing

Utviklingen går raskt fremover. Nye materialer som karbon-forsterkede filamenter og forbedrede printteknologier gjør 3D-printede deler sterkere for hvert år. Mange eksperter forventer at styrkeforskjellene mellom 3D-printede og tradisjonelt produserte deler vil utjevnes betydelig innen få år.

Når du skal velge mellom 3D-printing og tradisjonelle metoder, vurder ikke bare råstyrke, men også faktorer som kompleksitet, volum, kostnad og tid til markedet. I mange tilfeller vil 3D-printing gi deg den beste kombinasjonen av styrke, fleksibilitet og økonomi.

Har du en STL-fil som trenger å bli printet med optimal styrke? Hos Fjellskog Design kan du enkelt laste opp filen din på https://fjellskogdesign.no/upload og få umiddelbar prisberegning. Du kan selv justere fyllprosent og velge mellom ulike materialer for å oppnå den styrken du trenger for ditt prosjekt.