3D 列印材料選擇介紹
前言
最近有許多社團成員詢問我關於代工的 H1 - Case for Heltec V3 running Meshtastic 為何僅提供 ABS 材質選項,以及是否有其他材質的選擇。針對這些問題,我在此做一個統一回應。
首先,讓我們先來了解一下常見的 3D 列印材質特性。以下是 PLA、PETG 和 ABS 的物性比較表,取自於 3D SpiderMaker:
屬性 | ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯) | PLA (聚乳酸) | PETG (聚對苯二甲酸乙二醇酯) |
---|---|---|---|
抗拉強度 | 40.2 MPa | 7.6 MPa | 35 MPa |
拉伸率 (韌性) | 20% | 4.3% | 193% |
彎曲強度 (強度) | 60.8 MPa | 107.4 MPa | 67 MPa |
彎曲彈性模數 (剛性) | 2157 MPa | 3265 MPa | 1800 MPa |
熱變形溫度 | 96 ℃ | 55 ℃ | 71 ℃ |
耐衝擊強度 | 19 kg-cm/cm | 3.2 kg-cm/cm | 7 kg-cm/cm |
基於上表總結如下:
抗拉強度 - 數據越低越脆: ABS > PETG > PLA
韌性 - 承受彈性和塑性變形能力:PETG > ABS > PLA
強度 - 承受負荷不被破壞能力:PLA > PETG > ABS
剛性 - 抵抗變形能力:PLA > ABS > PETG
耐熱性:ABS > PETG > PLA
耐衝擊性:ABS > PETG > PLA
目前我在代工中提供的材質有 PLA、PETG、ABS 和 TPU。然而,針對 H1 - Case for Heltec V3 running Meshtastic,我僅推薦使用 ABS,主要原因如下:
設計強度
H1 - Case for Heltec V3 running Meshtastic 本身是一個出色的外殼設計,非常的好看,就一個產品來說,如果採用的是射出成形,完全沒有問題,但是如果採用的是 3D 列印技術,卡榫的結構強度就存在潛在問題。
![image-20240723173110](/2024/07/20/3D_%E5%88%97%E5%8D%B0%E6%9D%90%E6%96%99%E9%81%B8%E6%93%87%E4%BB%8B%E7%B4%B9/image-20240723173110.png)
從3D 側視圖來看,兩側卡榫設計,設計師採用梯形設計,確實可以大幅強化卡榫與本體連接的結構強度,但是在壁身的彎折處,卡榫突出處並未覆蓋至彎折處,這會形成機構弱點。
![image-20240723173158](/2024/07/20/3D_%E5%88%97%E5%8D%B0%E6%9D%90%E6%96%99%E9%81%B8%E6%93%87%E4%BB%8B%E7%B4%B9/image-20240723173158.png)
此外壁身最薄處約0.85mm,以 3D Printer 來說如果採用 0.4mm 的噴嘴僅僅只有 2條線寬,當卡榫進行組裝,外加應力會施予剪力,當材料使用未具有足夠的韌性及拉伸強度,就很容易直接斷裂,而 PETG、ABS 的抗拉強度和韌性能有效避免因應力導致的斷裂。
![image-20240723165903](/2024/07/20/3D_%E5%88%97%E5%8D%B0%E6%9D%90%E6%96%99%E9%81%B8%E6%93%87%E4%BB%8B%E7%B4%B9/image-20240723165903.png)
依據我打樣測試結果如下 (僅供參考)
PLA: 拆裝 6 次,卡榫斷裂
PETG: 拆裝 20 次,卡榫未斷裂
ABS:拆裝 20 次,卡榫未斷裂
![IMG_0032](/2024/07/20/3D_%E5%88%97%E5%8D%B0%E6%9D%90%E6%96%99%E9%81%B8%E6%93%87%E4%BB%8B%E7%B4%B9/IMG_0032.jpg)
耐衝擊性
作為手持設備,H1 外殼需具備高耐衝擊性。ABS 的耐衝擊性能遠高於 PETG,因此是最佳選擇。
結論
然而,ABS 也有其缺點,如色彩選擇較少,列印過程中會產生有毒氣體等等。因此,對於不同需求的材質選擇,我提供以下建議:
- 若希望產品具有豐富的色彩搭配:PLA > PETG > ABS
- 對於手持裝置使用,需耐摔、耐衝擊的結構件:ABS > PETG > PLA
- 若需在色彩與機械性能間取得平衡:PETG 會是良好的選擇