3D打印材料的拉伸测试

添加材料测试的考虑因素

首先，让我们讨论一下工程师是如何测试“狗骨头”的。等待。怎么啦？通常用于测试3d打印材料机械性能的拉伸试样或拉伸棒形状像狗骨头，因此被称为狗骨头。想象一下你给菲多吃的典型狗饼干，比如牛奶骨饼干(见图)。用于拉伸测试的狗骨被设计成有两个相对的肩部，由较窄的横截面连接。试样的每一端都夹在拉力试验机中，施加拉力直到试样断裂。这个较窄的横截面被设计为拉伸试验中可预测的失效点。横截面可以是圆形的，也可以是矩形的。想想把狗饼干掰成两半。 Similar concept. It is easiest to break in the middle of the biscuit.

在拉力测试仪中固定狗骨最常用的方法是用螺纹或锯齿形气动手柄连接到测压元件上。常用的拉力试验机(见图)由Instron。这些拉力试验机是久经考验的真正的机器，可以按规定的速率将试样拉到失效状态。测试者——或狗骨头——被放置并被相反的握把抓住。十字头以恒定的速度拉着狗骨头，直到它在最薄弱的地方变形和断裂。测压元件精确测量施加在试样上的张力，伸长计测量试样拉伸的程度。这允许机器生成应力-应变曲线进行分析。

计算应力-应变曲线

测量力、位移和“应变”(材料拉伸的程度)，并以图形显示应变-应力曲线，以深入了解无数的材料特性。

通常报告的机械性能包括极限拉伸应力(零件在拉伸下经历的最大应力)和断裂伸长率(断裂前的“规长”拉伸多少)。弹性模量可以通过将应力除以应变来计算。

测试统计上显著数量的狗骨头，您将获得对您的研究和开发应用或质量控制措施的见解。

ASTM材料试验标准

测试塑料材料最常用和公认的标准是ASTMD638 - 14塑料拉伸性能的标准试验方法。Protolabs使用该标准测试塑料3d打印材料。对于某些3D打印工艺，构建方向在机械性能输出中起着重要作用。Protolabs”SLA材料，测试者——或狗骨头——是3D打印的，并在xy平面上报告，这意味着测试拉力方向与层线一致。Protolabs”选择性激光烧结材料，狗骨头是3D打印的，并在xy和z平面上报告数值。

测试金属材料最常用的标准是ASTM E8/E8M - 09金属材料张力试验的标准试验方法。对于3d打印金属材料，有一些专门的ASTM标准来解决粉末烧结应用的预期机械性能。Protolabs”直接金属激光烧结材料拉伸杆是垂直3D打印的，这意味着测试拉力方向与层线横向。以下是用于测试和报告每种金属3D打印材料的标准列表。

抗拉强度比较:3d打印材料

左边的抗拉强度图表(点击放大)显示了Protolabs的材料及其相关的抗拉强度。

与注塑成型材料相比，SLA材料往往是硬而脆的。它们具有很高的弹性模量，在狗骨断裂之前伸长很小。SLS和MJF尼龙长袜比SLA材料更坚韧，因此它们往往具有较低的弹性模量和较长的伸长率。SLS、MJF和SLA根据零件的构建方向显示出一些强度变化，这通常是由于层之间的结合较弱，但这三种方法都优于熔融沉积模型(FDM或FFF在这方面。

随着材料发展的进步，改进的各向同性机械性能已经成为可能，例如高伸长率，抗冲击性和柔韧性碳RPU 70和FPU 50。DMLS金属具有高强度特性，其中17-4不锈钢强度最强，AlSi10Mg铝强度最弱。