Корпуса и крепления — самые частые «полезные» модели, ради которых покупают 3D-принтер. Коробка для платы, кронштейн для полки, держатель телефона в машину, крышка для блока питания. Выглядят они просто, но пластик для корпусов и креплений выбирать сложнее, чем для фигурки: деталь греется, держит винты, гнётся на защёлках и годами висит под нагрузкой.
Общие принципы выбора материала под нагрузку мы разбирали в статье о филаменте для функциональных деталей. Здесь — практичнее и уже: какие требования предъявляют именно корпуса и крепления, какой пластик под какой сценарий подходит и что заложить в модель, чтобы деталь не подвела.
Чем корпус отличается от крепления
Обе детали относятся к функциональным, но нагружаются по-разному, и от этого зависит выбор пластика.
- Корпус редко несёт большую механическую нагрузку. Для него важнее стабильность формы при нагреве от электроники, точность посадочных мест, прочность защёлок и стоек под винты, а иногда — внешний вид.
- Крепление (кронштейн, держатель, клипса, уголок) работает под постоянной нагрузкой. Для него важны сопротивление изгибу и удару, отсутствие ползучести — медленной деформации под весом — и то, как деталь ломается: резко или сначала гнётся.
Отсюда первое правило: сначала определите, что для детали критично — тепло, нагрузка, влага или внешний вид, — и только потом выбирайте материал.
Пластик для корпусов электроники
Нагрев внутри корпуса
Электроника греется. Блок питания, стабилизатор, драйвер двигателя или одноплатный компьютер легко поднимают температуру внутри закрытой коробки до 40–60 °C, а в отдельных точках — выше. PLA начинает размягчаться примерно с 55–60 °C, поэтому корпус из него рядом с горячими компонентами со временем может повести: крышка перестаёт закрываться, стойки платы проседают.
PETG держит бытовой нагрев заметно увереннее: его рабочий предел выше, чем у PLA, и для большинства корпусов с умеренно тёплой начинкой этого запаса хватает. Для корпусов, которые стоят вплотную к радиатору или внутри горячего оборудования, стоит смотреть в сторону ABS или ASA — при условии, что принтер позволяет их печатать.
Защёлки и крышки
Защёлка должна несколько раз отогнуться и вернуться на место. PLA жёсткий и на тонких язычках склонен трескаться после нескольких циклов. PETG более вязкий: язычок из него пружинит и переносит многократное открывание. Поэтому для корпусов с защёлками PETG обычно удобнее.
Стойки под винты
Саморез, вкрученный в пластиковую стойку, распирает её изнутри. Хрупкий материал трескается по слоям, вязкий — держит. PETG хорошо подходит для прямого вкручивания саморезов и для резьбовых вставок, которые вплавляют паяльником. Главное — не перетягивать винт: пластик под постоянным давлением со временем «отпускает».
Внешний вид
Если корпус стоит на виду, важны ровные стенки и цвет. Чёрный пластик прячет мелкие дефекты поверхности и следы слоёв, белый выглядит аккуратно на технике и подходит под покраску. Глянцевая поверхность PETG выглядит опрятно, но на ней заметнее наплывы, поэтому внешние периметры стоит печатать медленнее.
Пластик для креплений и кронштейнов
Нагрузка и характер разрушения
Для креплений важно не только, какую нагрузку деталь выдержит, но и как она сломается. Кронштейн из PLA под перегрузкой обычно лопается сразу. PETG сначала заметно гнётся, и это даёт время увидеть проблему до того, как полка окажется на полу. Для бытовых креплений — держателей инструмента, полок, кабель-каналов, крючков — PETG часто самый практичный вариант.
Ползучесть
Крепление, которое годами держит груз, медленно деформируется даже при нагрузке ниже разрушающей. Этому подвержены все термопласты, и сильнее — при нагреве. Что помогает:
- делать деталь толще в зоне изгиба, а не надеяться на материал;
- добавлять рёбра жёсткости вместо сплошного массива;
- не размещать нагруженные крепления рядом с источниками тепла;
- для ответственных узлов — закладывать запас прочности в два-три раза.
Улица, ванная, кухня
PETG хорошо переносит влагу и не разбухает, поэтому подходит для креплений в ванной, на балконе, в гараже. При постоянном прямом солнце любой пластик со временем стареет: тёмный цвет обычно переносит ультрафиолет спокойнее светлого, но для многолетней работы на солнце существуют специальные материалы вроде ASA.
Крепления в автомобиль: отдельный случай
Держатели телефона, органайзеры в подлокотник, заглушки и клипсы в салоне — популярные модели, и здесь чаще всего ошибаются. Летом на солнце приборная панель нагревается до температур, при которых PLA почти наверняка деформируется, а PETG тоже может потерять форму. Деталь, которая стоит в тени, в подлокотнике или в багажнике, из PETG обычно служит без проблем. Деталь на панели под лобовым стеклом лучше печатать из термостойкого пластика вроде ABS или ASA.
Как проверить выбор до печати большой детали
Прежде чем печатать корпус на несколько часов или партию одинаковых креплений, потратьте полчаса на пробные образцы. Это дешевле, чем переделывать готовую деталь.
- Напечатайте фрагмент. Вырежьте в слайсере угол корпуса со стойкой под винт или защёлкой и проверьте, как вкручивается саморез и сколько раз отгибается язычок.
- Нагрузите образец крепления. Повесьте на пробный кронштейн груз с запасом и оставьте на сутки: если он заметно просел, увеличьте толщину или добавьте ребро.
- Проверьте нагрев. Включите электронику в пробном корпусе на час и потрогайте стенки у горячих компонентов. Если пластик ощутимо мягкий, нужны вентиляция или более термостойкий материал.
Сравнение по сценариям
Ориентиры ниже упрощены: реальная стойкость зависит от конструкции детали, настроек печати и конкретной марки пластика.
| Деталь | PLA | PETG | ABS/ASA |
|---|---|---|---|
| Корпус датчика, пульта, органайзер | подходит | подходит | избыточно |
| Корпус с тёплой электроникой | риск деформации | подходит | подходит |
| Корпус с защёлками | язычки трескаются | подходит | подходит |
| Кронштейн, полка, крючок | хрупкий излом | подходит | подходит |
| Крепление во влажном помещении | ограниченно | подходит | подходит |
| Деталь на панели авто под солнцем | не подходит | на пределе | предпочтительно |
Видно, что PETG закрывает большинство бытовых сценариев. ABS и ASA нужны там, где много тепла или солнца, но требуют закрытого принтера и более сложной настройки. Подробнее о разнице между двумя самыми популярными материалами — в статье PETG или PLA.
Что заложить в модель корпуса или крепления
Правильный пластик не спасёт неудачную конструкцию. Несколько приёмов заметно повышают надёжность без смены материала.
- Толщина стенок. Для корпуса 1,6–2,4 мм (4–6 периметров соплом 0,4 мм) обычно достаточно. Для креплений нагруженные зоны делайте сплошными за счёт периметров, а не высокого процента заполнения.
- Ориентация при печати. Слои — самое слабое место FDM-детали. Располагайте крепление так, чтобы нагрузка шла вдоль слоёв, а не пыталась их расслоить. Кронштейн в форме буквы «Г» часто печатают на боку именно поэтому.
- Скругления. Острый внутренний угол концентрирует напряжение. Скругление радиусом хотя бы 2–3 мм в месте перехода полки в стенку заметно повышает прочность.
- Отверстия. Печатные отверстия получаются чуть меньше номинала. Заложите зазор 0,2–0,4 мм под винт или рассверлите отверстие после печати.
- Вентиляция корпуса. Прорези у горячих компонентов снижают температуру внутри и продлевают жизнь и электронике, и пластику.
- Посадочные зазоры. Для крышки и основания закладывайте 0,2–0,3 мм на сторону — точное значение зависит от принтера, его стоит проверить на тестовой детали.
Настройки печати для прочного корпуса из PETG
Для корпусов и креплений прочность сцепления слоёв важнее безупречной поверхности. Поэтому держитесь середины или верхней части температурного диапазона сопла, умеренного обдува и спокойной скорости. Для PETG ориентир — сопло 230–250 °C, стол 70–90 °C, скорость 40–60 мм/с, обдув около 30–50 %. Сильный обдув делает поверхность красивее, но ослабляет связь между слоями, а для кронштейна это важнее. Подробный стартовый профиль — в статье о настройках печати PETG.
PETG для корпусов и креплений от Arctic3D
Мы производим PETG-пластик в Тольятти под маркой PETG ARCTIC — как раз для функциональных деталей, креплений и корпусов. Нить 1,75 мм выпускается из первичного сырья с допуском ±0,05 мм при постоянном лазерном контроле, а готовый пластик сушится и пакуется в вакуум с силикагелем, поэтому катушку можно ставить в принтер сразу. В каталоге пять цветов; для техники и креплений чаще всего берут чёрный PETG или белый, а яркие оттенки удобны для маркировки и заметных деталей.
Вывод
Для большинства бытовых корпусов и креплений разумный выбор по умолчанию — PETG: он держит тепло электроники, прощает защёлки и саморезы, не боится влаги и гнётся, а не лопается. PLA оставьте для корпусов без нагрева и нагрузки, ABS или ASA — для деталей у источников тепла и под прямым солнцем, в том числе в машине. И помните, что толщина стенок, скругления и ориентация при печати влияют на надёжность не меньше, чем сам материал.