树脂3D打印因其能够生产具有复杂细节和光滑表面的部件而受到赞誉。立体光刻(SLA)及其姊妹技术掩蔽立体光刻(MSLA/LCD)和数字光处理(DLP)最初因美观和原型制作而受到青睐，它们证明了树脂不仅外观精美，而且功能强大。
这三种技术的基本原理都是利用光逐层固化液态树脂，但它们的光源和投影方法有所不同。SLA使用激光来追踪物体的形状，精度较高但速度通常较慢，而DLP使用数字投影仪来闪现每一层的单个图像，速度更快但可能会牺牲一些分辨率。与DLP类似，LCD使用LCD屏幕来遮挡光线，从而实现速度和分辨率的平衡。
许多树脂与这三种技术兼容，尽管由于固化波长或光强度的差异，有些树脂可能是为其中一种或另一种专门配制的。
但强度如何？传统上，树脂3D打印与熔融沉积成型(FDM)打印相比，被认为有些脆弱。然而，树脂配方的最新发展为新一代坚韧耐用的树脂铺平了道路，这些树脂的强度可与特种线材相媲美，在某些情况下甚至超过特种线材。
在本文中，魔猴网将和大家深入探讨高强度树脂的世界，探索其特性、影响其性能的因素以及其强度真正发挥作用的各种应用。无论您是工程师、设计师、业余爱好者，还是只是对3D打印的最新进展感到好奇，现代树脂3D打印的非凡强度和多功能性都会让您惊叹不已。
数量决定力量
图片1：Elegoo的类ABS树脂具有强度和细节处理能力（来源：Shib_Mc_Ne via Reddit）
谈到3D打印树脂的强度时，重要的是要知道“强度”不只是一个词。它包括材料在不同力的作用下抵抗断裂或变形的几种方式。以下是树脂3D打印的主要强度特性：
抗拉强度：这是树脂承受拉断的能力。想象一下拉伸橡皮筋；抗拉强度是它在断裂前能承受多大的力。抗拉强度越高，树脂在拉断时断裂的可能性就越小。
抗弯强度：这衡量了树脂抵抗弯曲的能力。想象一下塑料尺在压力下弯曲；抗弯强度是指它在破裂或永久弯曲之前可以承受的力。
抗冲击强度：这告诉我们树脂在承受突然冲击或撞击而不破裂的能力。这就像手机壳在掉落一次后会破裂与能承受多次掉落的区别。
抗压强度：与抗拉强度相反。它测量树脂在变形或塌陷前能承受多大的挤压力。
剪切强度：这衡量了材料抵抗平面上反方向力的能力。想象一下用刀切水果；剪切强度是指切开水果需要多大的力，有些水果比其他水果更难切。
接下来，我们将看看不同类型的树脂与FDM材料的比较。
树脂与FDM
图片2：FDM（左）和树脂（右）打印在外观和其他方面均有不同（来源：DCA_Tabletop via Reddit）
在强度方面比较树脂和FDM并不是简单的同类比较。FDM部件的强度会因填充百分比和图案、层高和长丝本身等因素而有很大差异。但是，我们可以根据树脂的类型进行一些一般比较。这些树脂可以是标准树脂（不针对特定用途）、坚韧树脂（配方中包含添加剂）和高性能树脂（具有卓越的强度、弹性、耐化学性等）。
抗拉强度
标准树脂：大致与PLA（40-50 MPa）和一些PETG混合物（40-60 MPa）相当。
坚韧的树脂：性能优于标准PLA和PETG，有时甚至达到ABS强度的更高端（高达70 MPa）。
高性能树脂：可以轻松超过大多数常见FDM长丝的拉伸强度，有些甚至高达90 MPa。
抗弯强度
标准树脂：与PLA相似（约50-60 MPa）。
坚韧的树脂：通常比PLA和PETG强度高得多，有时甚至超过ABS（高达100 MPa）。
高性能树脂：抗弯强度远远超过普通FDM长丝的抗弯强度，有些甚至超过130 MPa。
冲击强度
标准树脂：通常比FDM长丝更脆，但不同树脂之间可能会有很大差异。
坚韧树脂：旨在吸收冲击，通常达到或超过坚韧PLA混合物或ABS的抗冲击性。
高性能树脂：变化范围很广，有些树脂优先考虑其他性能而不是抗冲击性。
通过对技术的一般比较，我们可以更广泛地了解不同工艺和材料的优势，然后让我们仔细看看影响树脂打印的其他因素。
不仅仅是材料
图片3：支持也发挥了作用（来源：All3DP）
3D打印部件的强度不仅仅取决于您使用的树脂。其他因素也会对部件的强度产生重大影响。
应力集中
尽管树脂在所有方向上都相同，但部件的形状可能会在尖角或边缘处产生应力点。这些应力点可能是薄弱点，而部件的放置方式会影响这些薄弱点与所施加力的关系。
支撑结构
支撑结构对于成功打印树脂必不可少，但它们会在最终打印中产生应力点和潜在的薄弱区域。打印时部件的定位方式会影响需要支撑的位置和数量，从而间接影响打印物体的整体强度。
后期处理
图片4:有不同的后处理步骤（来源：All3DP）
后处理是树脂3D打印中的一个重要步骤，会影响部件的最终强度和功能。适当的后处理有助于打印件达到最佳机械性能，同时外观也很好。
移除支撑
第一步是移除支撑。打印过程中需要这些临时结构来支撑悬垂部分和复杂形状，但打印后必须小心地移除它们。您可以使用平口钳或钳子等工具小心地将它们撬开。如果支撑移除不当，它们会在表面留下应力点或小裂缝，从而削弱结构。为了获得最佳强度，请在固化后移除支撑，因为固化后的打印件更坚硬，并且在此步骤中不太可能受损。
洗涤
下一步是清洗。这意味着要清洁打印件以去除表面或内部腔体中任何未固化的（液体）树脂，根据树脂的类型，需要考虑不同的因素。通常使用异丙醇(IPA)进行清洗，但三丙二醇单甲醚(TPM)正作为一种更安全的替代品而越来越受欢迎。无论您将打印件浸入溶剂浴中、使用喷雾瓶还是专用清洗站，目标都是去除未固化的树脂。清洗可防止表面粘性并改善打印件的机械性能。
固化
最后一步是固化。这涉及将打印件暴露在紫外线下，从而引起称为交联的化学反应。该反应将树脂中的聚合物链粘合在一起，使材料凝固并增强其强度。适当的固化对于实现树脂的全部强度、硬度和其他特性非常重要。紫外线灯和专用树脂固化站通常用于此。
不同的树脂可能需要特定波长的紫外线，因此使用发射正确光谱的灯很重要。固化时间因树脂类型、光强度和打印厚度而异。适当的固化至关重要；固化不足会使树脂变软变脆，而固化过度会使树脂变脆。
设计考虑
图片5:3D模型的设计极大地影响了最终打印的强度。
以下是一些需要考虑的重要事项：
壁厚
壁厚越厚，部件越坚固，因为壁厚越厚，材料越厚，越能抵抗断裂和变形。然而，壁厚越厚，打印时间越长，使用的材料也越多。对于大多数树脂打印，建议壁厚至少为1-2毫米，以确保部件坚固，同时平衡材料使用和打印时间。
几何学
尖角和边缘会产生应力点，使部件更容易断裂。使用圆角（圆角）有助于更均匀地分散应力并增强部件强度。对于无支撑壁，请确保厚度至少为1毫米，并使用圆角底座以减少接头处的压力并防止打印过程中发生翘曲或脱落。
挖空和排水孔
将树脂打印件制成空心可以节省材料并减轻重量，但必须留有排水孔，以防止未固化的树脂滞留在内部。滞留的树脂会导致压力不平衡，从而导致裂缝或故障。空心打印件的壁厚应至少为2毫米，以保持强度。
应用
图片6：事实证明，坚韧的树脂在许多情况下都很有用（来源：Formlabs）
现代树脂的卓越强度不仅仅是理论上的；它正在为各个领域创造令人兴奋的新可能性。以下是一些现实世界的例子，展示了强韧树脂如何改变3D打印应用：
功能原型
坚韧的树脂对于制作功能性原型非常有用，可让工程师和设计师制作出能够经受住真实测试的部件。例如，汽车行业使用Formlabs Tough 2000 Resin等树脂来3D打印复杂的卡扣式机构、铰链和其他功能部件。这些原型可以承受反复使用、压力和冲击，在投入昂贵的批量生产工具之前，可以对设计提供宝贵的反馈。
最终用途零件
一些树脂的强度现在不仅足以制造原型，还足以制造最终用途部件。例如，在制造业中，夹具和固定装置（用于在装配或加工过程中固定和定位工件的工具）正在用坚韧的树脂进行3D打印。这些打印工具可以承受日常磨损，为传统制造方法提供了一种经济高效且可定制的替代方案。
创意应用
树脂的强度为艺术家和业余爱好者开辟了新的可能性。例如，树脂珠宝设计师现在可以制作复杂而精致的作品，这些作品不太可能破碎。由于坚韧树脂的强度提高，曾经对树脂来说太脆弱的精致花丝图案、薄壁和复杂形状现在可以可靠地制作出来。此外，树脂3D打印具有光滑的表面处理和多种颜色，可实现美观耐用的艺术创作。令人惊叹的微缩模型可以增强游戏体验。