10種方法可以加強3d打印件強度

例印

有時候，我們製作產品, 需要依賴3D打印件的強度。外國工程人員已經嘗試過幾個drop test，在過去的這個文獻中，提到了【開源家用機種】與【高階商用機種】在列印件強度上的差異非常小，你需要的只是一些時間去思考和適應，如何將設定調整到對的參數與擺設。

本篇文章主要是針對熱熔堆積成型（FDM）架構式的桌上型3D打印機來進行條列式的分析；

1. 加厚你的模型
我們從最淺顯易懂的技術面開始談吧！通常結構單薄的部分就是脆弱的部分。然而加厚模型並無助於改善 FDM 3D 打印機的原罪（層與層之間的分離、翹曲、噴頭撞到列印件）。有時候一個模型在第一和第二個向度上是無法動手腳的，但往往會在第三個向度上找到補強的機會。

2. 放大
這種方式也是很容易可以理解的，但是等比例放大意味著所有的幾何都會相對放大（問題是一樣的）。要小心思考這樣處理的結果是否會帶來機構上的交互影響，或是形變所產上運作功能上的阻礙。

3. 倒角或倒圓角

一般在3D打印的時候，加熱的噴嘴是有可能會破壞已經打印過的部分（尤其是薄的結構），刮料的情況往往會造成結構上的崩壞。使用倒角或是倒圓角，或是透過添加側翼的方式，可以讓原本脆弱的結構得到顯著的補強。

4. 3D打印物件擺向

將物件傾倒 90° 的打印切片差別

你要將物件直立起來打印嗎？結構的強度通常在Ｘ／Y 軸向最為堅固，Z 軸方向則是隨著層數的累積而有不同的取向。有時要考慮列印的情形，必要時必須將物件轉一個角度來打印，比方讓列印路徑呈現對角線的方向，就如同列印過程中不斷交錯的正交方式，來增強結構性。

5. 層厚
都你以越薄的層厚來打印時，塑料將會受迫而擠出更多、於ＸＹ方向有更大的接觸面積，即便下一個堆疊的物件不是直接堆積在上方，交疊的部分仍會有更多的接觸面積。層與層之間的接觸面積意味著附著力，也就代表著Ｚ軸方向在側向力的對應強度將有所提升。換言之，兩個相同高度與形狀的物件，切層 100 微米的物件將有高於 300 微米切層的連結強度。

6. 填充密度與樣式

這依然是個明顯的例子，甚至有時候會讓我跳過前面提及的那些考量。改變填充的百分比、填充的樣式、填充的交角會直接影響到列印件的強度。我們曾經讀過報導指出，超過 60-70% 的打印密度是沒有顯著意義的，但我們也有遇過客戶是使用了 75% 的列印密度卻依然不足＞只能往上調整到 100% 的列印密度。需要注意的一點是，設定超過 75% 的列印密度將會影響到外部成形的表面。

7. 周長、薄殼圈數與厚度
類似於 infill 的加強方式，另一種有效的方式就是加強外框的結構性。我們發現通常設定 2 或 3 圈外框（number of shells）已經足夠，但某些高強度的需求下需要設定到 4 圈的外殼厚度。
8. 材料

目前市面上大多數的主流材料是 ABS，然而其實還有其他材料的選擇，每一種都有獨特的材料性。相較於 ABS 的強度與彈性，PLA 則是堅韌而硬直的塑料。有時候有彈性的材料比較堅固、耐衝擊，但是幾何單調的情況下，PLA 會是替代 ABS 更好的選擇。但別忘了，PLA 雖然比較硬但也比較脆。如果今天是【高耐久度】的使用需求，Nylon 就是再適合不過的塑料了。Taulman 618 是非常推薦的 FDM 用 Nylon 塑料，但是使用上需要額外的設定。
9. 後製 Post-Treatment: 環氧樹酯和聚酯樹酯

我們最近在關注的一樣後製方式就是上樹酯塗料（resin coating），但切記當你需要保留相對精確或是鋒利的邊緣時，這種技術並不適合你。市面上目前有許多種類的兩液型環氧樹酯（2-Part Epoxy resin）與聚酯樹酯（Polyester resin），每一種都有不同的材料特性與固化特性。同時，他們也對應了不同的黏度。不建議使用兩液型環氧樹酯，既不好操控又容易凝結成團。

我們建議使用清聚酯樹酯（Polyester Clear Casting Resin），因為它的濃稠度適中，在它發生作用之前可以輕易的塗抹在整個複雜的零件上。這種材料在攪拌五分鐘後開始凝固，大致上需要 24 小時才能夠完全風乾。它也可以搭配玻璃纖維（glass fibre）來混和使用，以達到額外的強度／雖然這極可能會影響到最後成形的表面紋理。

下面兩張圖將說明塗抹 Poly 前／後的不同