Formlabs 的 TPU 90A Powder 深受客户信赖,已成为列车制造商缓冲部件、机器人应用抓手等众多应用场景的首选材料。Fuse 系列能够实现高质量、耐用且具备几何自由度的弹性体部件生产,彻底告别繁琐的多步模具制作过程。
如今,Formlabs 的打印设置编辑器 (PSE) 正在进一步拓宽选择性激光烧结 (SLS) 3D 打印热塑性聚氨酯的可能性边界。通过 PreForm 中的打印设置编辑器,您可以直接调节 TPU 90A Powder 的硬度,轻松尝试制作更柔软、更有可塑性的部件。无需更换材料,也无需任何额外的清洁或维修,即刻利用 PSE 激发设计灵感,让您的原型件无限接近成品的弹性体材料标准。
Formlabs 已针对多种设置组合进行了不同硬度的热塑性聚氨酯部件测试,具体研究结果如下。当然,打印设置编辑器旨在鼓励开发者与创新者勇于尝试,您可能需要根据自身应用需求进行一些测试与微调,以获得兼具理想硬度和表面光洁度的部件。
借助打印设置编辑器打印不同硬度的热塑性聚氨酯
要在 SLS 热塑性聚氨酯粉末打印中实现可变硬度,需要了解两个主要设置。
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填充激光功率:PSE 可以控制激光功率。激光功率较低时,热塑性聚氨酯颗粒的烧结密度较低,因此部件较软。但需注意,如果填充激光功率设置过低,部件可能根本无法烧结,特征也无法清晰分辨。
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填充线间距:PSE 可以控制激光扫描过程的间距。激光扫描的间距越宽,材料越无法充分烧结,从而导致部件越软。但如果填充线间距过宽,可能会导致表面出现明显缺陷,某些凸出特征也会出现分层。
要实现更低硬度的热塑性聚氨酯,您可以单独调整填充激光功率、填充线间距,或两者同时调整。通过对这两项设置的组合调整,可获得如下结果。
如图所示,测试过程中的邵氏硬度达到了 38A。一般来说,改变填充线间距对部件硬度的影响更为显著,而调整激光功率则能起到放大这一效果的作用。例如,要烧结一个硬度为 60A 的部件,建议起始设置填充线口间距为 0.35mm,填充激光功率为 21,000mW。
在填充激光功率过低或填充线间距过宽的极端情况下,部件表现可能会出现明显的瑕疵。某些特征可能无法清晰分辨,表面可能会出现“毛糙”或“易碎”的纹理质感。改变部件的厚度可以帮助减轻改变设置对特征分辨率的影响;较厚的部件通常具有更好的细节表现力,填充线间距设置较宽也无妨。Formlabs 不建议打印间距大于 0.45mm 的薄壁部件。
有关使用 PSE 来自定义粉末邵氏硬度的更多说明,请参阅我们的 PSE 使用指南。
本次测试基于 Fuse 1+ 30W 打印机借助 PSE 对不同硬度设置进行测试和分析,虽然 Fuse 1 同样支持 PSE,但具体结果可能与上述详情存在差异。
设置变化对机械性能的影响
硬度可变的热塑性聚氨酯可以在缓冲组件的原型制造中起到重要作用。
TPU 90A Powder 已获得皮肤安全认证,因此更柔软的硬度等级非常适合用于定制化穿戴装备。
随着部件变软,其整体密度会降低 — 从微观层面看,部件变得更像泡沫。这将直接影响机械性能和防水性。如果您打算将部件用于要求一定机械阻力或耐磨损的应用场景中,请务必对部件进行全面测试。
特别是断裂伸长率 (EAB)、极限拉伸强度 (UTS) 和刚度,受到填充激光功率和填充线间距的影响最为显著。
在这张拉伸条图中,材料性能的变化尤为明显。最后方的拉伸条 (40A)、中间的拉伸条 (60A) 和前方的拉伸条 (80A) 展示了不同的坚硬程度。
为了更精确地量化这种影响,请参阅下面的图表。硬度从 90A 降低到 80A 可将部件的极限拉伸强度和最大应变降低 50% 以上。这使得部件在除粉时更容易撕裂,损坏精细特征。
硬度从 90A 降低到 80A 对部件的抗撕裂强度也有显著影响,高硬度部件的抗撕裂强度接近 66kN/m 的标称抗撕裂强度,而低硬度部件的抗撕裂强度则迅速下降。
可变硬度热塑性聚氨酯粉末赋能全新应用场景
无论是垫圈还是减震部件,可变硬度热塑性聚氨酯都能完美适配您的独特装配和应用需求。
对于消费品测试,硬度为 60A 的热塑性聚氨酯粉末等较软的弹性体材料可以帮助设计团队制作出更接近最终注射成型产品的原型。
TPU 90A Powder 已助力众多领先的鞋履设计师、运动器材制造商和航空航天制造商等客户,在设计初期就制作出更精准、材料选择更丰富的原型。现在,借助可变邵氏硬度技术,无需更换打印机,也无需增加额外的清洁或维修,就能获取全新的材料性能。只要针对自己的独特设置制定正确的测试协议,就完全可以打印出更柔软、更有弹性且表面光洁度出色的部件。
如需了解有关 TPU 90A Powder 的更多信息,或申请不同硬度的 SLS 3D 打印热塑性聚氨酯样品部件,请联系我们的团队。如需了解有关 PSE 的更多信息,请访问我们的支持页面。
原始测试数据
下表列出了 Formlabs 关于填充激光功率与填充线间距对邵氏硬度影响的原始测试数据。在开发自己的打印设置时,可将此数据作为参考依据。
| 填充激光功率 | 填充线间距 | 硬度 |
|---|---|---|
| 15000 | 0.35 | 37.7 |
| 18000 | 0.12 | 90.1 |
| 18625 | 0.26 | 66.3 |
| 19400 | 0.43 | 40.4 |
| 20000 | 0.12 | 88.5 |
| 21100 | 0.33 | 62.7 |
| 22160 | 0.48 | 43.6 |
| 23150 | 0.22 | 78.6 |
| 24000 | 0.38 | 62.3 |
| 25000 | 0.12 | 89.8 |
| 25250 | 0.52 | 45.3 |
| 25800 | 0.28 | 74.9 |
| 27000 | 0.12 | 90.6 |
| 28500 | 0.12 | 89.8 |
| 28500 | 0.12 | 91.4 |
| 28500 | 0.13 | 90.7 |
| 28500 | 0.1325 | 89.5 |