Filamentdichtheid en -lengte begrijpen voor nauwkeurig 3D-printen

Een van de belangrijkste twijfels in het dagelijks gebruik onder 3D-printgebruikers is het weten van de dichtheid van het filament dat ze zullen gebruiken om te weten hoeveel materiaal ze zullen consumeren, en daarmee hoeveel materiaal ze nodig hebben om een stuk in 3D te printen. De (absolute) dichtheid is een scalaire grootheid die verwijst naar de hoeveelheid massa in een gegeven volume van een stof. Meestal stelt 3D-printsoftware (Cura, Simplify3D...) u in staat om de totale filamentlengte te verkrijgen die zal worden gebruikt om het 3D-model te printen.

Het is op dit punt dat het probleem ontstaat, omdat niet alle fabrikanten de dichtheid van filamenten faciliteren. Hoewel de dichtheid heel makkelijk te berekenen is door de filamentlengte van de spoel te kennen. Hier is hoe u de dichtheid kunt bepalen door de filamentlengte te kennen.

Afbeelding 1: Formules voor dichtheid en lengte berekening

Afbeelding 2: Variabelen definities

Waarbij:

ρ: Dichtheid (uitgedrukt in g/cm³)

m: Massa (uitgedrukt in g)

v: Volume (uitgedrukt in cm³)

S: Oppervlakte (uitgedrukt in cm²)

l: Lengte (uitgedrukt in cm)

r: Straal (uitgedrukt in cm)

We zullen altijd alle variabelen kennen behalve dichtheid of lengte, dus door een van de twee te kennen, kunnen we de ander vinden. Het moet worden opgemerkt dat alle filamenten een afrondingsmarge van ± 0,05 mm hebben, wat ook een eindtolerantie in de berekeningen veroorzaakt, maar als verwaarloosbaar wordt beschouwd.

In het geval van het niet weten van de dichtheid en totale filamentlengte van de spoel, kan de benaderende dichtheid altijd worden berekend vanaf een lengte filament van de spoel. U moet de massa weten ("wegen" het stuk filament op een precisieweegschaal) en de lengte van het stuk weten, kunnen we de dichtheid van dat stuk filament verkrijgen die extropeerbaar is naar de complete spoel.

Als we bijvoorbeeld een spoel van 1 kg PLA van diameter 1,75 mm hebben en we weten dat de filamentlengte van de spoel 335 meter is, kunnen we de dichtheid ervan bepalen met de bovenvermelde formule (rekening moet worden gehouden met eenheidsequivalentie).

Afbeelding 3: Berekening voorbeeld 1kg PLA 1.75mm

In het geval van het willen berekenen van de lengte vanuit de dichtheid, zou het de eerder genoemde formule gewoon ontbinden. Als voorbeeld berekenen we de lengte van een spoel van 500 g ABS van 2,85 mm diameter, wetende dat de dichtheid ervan 1,04 g/cm³ is.

Afbeelding 4: Berekening voorbeeld 500g ABS 2.85mm

De volgende grafiek toont de dichtheden van de belangrijkste bekende 3D-printfilamenten zoals PLA, ABS, HIPS, FilaFlex, PP-Polypropyleen, PC-Polycarbonaat, PETG-Polyethyleen, Nylon, Proto-Pasta, geavanceerde materialen, etc. Zoals u kunt zien is PP-Polypropyleen het filament met de minste dichtheid, dus geschikt voor het maken van lichtgewicht stukken, terwijl filamenten zoals Proto-Pasta van Roestvrij Staal een van de hoogste dichtheden hebben door de staaldeeltjes die ze dragen, ouder dan PLA.

Afbeelding 5: Dichtheidsgrafiek verschillende filamenten