Перейти к содержимому
27

69. Пластмассы и 3D-печать: PLA, PETG, ABS, смолы #

Печатные детали закрывают в БПЛА то, что не печатается из композита на месте: кронштейны, крышки, распределители, дроссели, декоративные элементы. Но печатная деталь — не «кусок пластика»: её свойства зависят от ориентации относительно слоёв (анизотропия), заполненности (infill) и температуры. Здесь — таблицы PLA, PETG, ABS и смол, правила проектирования под печать и пять расчётных задач.

Содержание

1. Цели статьи

Справочник по пластикам для 3D-печати деталей БПЛА: PLA, PETG, ABS (FDM) и фотополимерные смолы (SLA). Материал рассчитан на инженера, который проектирует печатную деталь и должен до старта печати ответить на три вопроса: какой материал, в какой ориентации и с каким запасом прочности печатать.

  • Выбрать материал по трём фильтрам: температура эксплуатации, ударная нагрузка, допуск (статья 71 — посадочные размеры).
  • Понять анизотропию FDM: деталь в 1,5–2 раза прочнее вдоль слоёв, чем поперёк (направление Z).
  • Учесть infill: 30 % заполненности — минус 30 % к прочному сечению.
  • Знать режимы отказа: межслойное расслоение, хрупкость PLA, ползучесть ABS, старение от УФ (статья 72).
  • Считать: напряжение, запас, прогиб печатной детали — с поправками на ориентацию и infill.
Граница применимости. Печатные детали — для нагруженных элементов до ~30–50 Н (крепёж, крышки, распределители). Силовые элементы рамы — композит/металл (статьи 66, 68): печатная деталь не выдержит удар винта даже при идеальном расчёте.
↑ К оглавлению

2. Глоссарий величин

Полный перечень величин с единицами измерения.

ВеличинаОбозначениеЕдиницыТипичные значения (печатные детали)
Модуль упругостиEГПаPLA 2–3,5; PETG 1,5–2,1; ABS 1,5–2,3; смола SLA 2,5–3,5
Плотностьρг/см³PLA 1,24; PETG 1,27; ABS 1,05; смола 1,05–1,2
Предел прочности (вдоль слоёв)σ_прМПаPLA 35–50; PETG 40–55; ABS 30–40; смола 50–80
Температура деформации под нагрузкой (HDT)—°CPLA ~55; PETG ~78; ABS ~100; смола 60–90
Ударная вязкость (Charpy)—кДж/м²PLA 1–2; PETG 5–10; ABS 15–30; смола 2–5
Заполненность (infill)—%20–50 % (силовые 50–100 %)
Количество внешних стенок—шт2–3 (силовые 3–4)
Допуск размера—ммFDM ±0,2–0,3; SLA ±0,05–0,1
↑ К оглавлению

3. Материалы: PLA, PETG, ABS, смола

Четыре рабочих материала для БПЛА. Все значения — для печатных деталей; сплошные образцы (литьё, прокат) прочнее в 1,5–3 раза.

СвойствоPLAPETGABSСмола SLA
E (вдоль слоёв), ГПа2–3,51,5–2,11,5–2,32,5–3,5
ρ, г/см³1,241,271,051,05–1,2
σ_пр (растяжение), МПа35–5040–5530–4050–80
σ_сжатие, МПа40–6050–6535–4550–90
HDT, °C~55~78~10060–90
Удар (Charpy), кДж/м²1–25–1015–302–5
Характер разрушенияхрупкийвязкийвязкийхрупкий (стандартная)
Особенноститочный, дешёвый, низкая рабочая температуравязкий, «нить», труднее печатьжаропрочный, стирол, усадкаточность 0,05 мм, светочувствительна

Коротко о каждом:

  • PLA (полилактид) — биоразлагаемый пластик на основе молочной кислоты. Самый точный и дешёвый, но хрупкий и термочувствительный (деформируется выше 55 °C). [PLA — Polylactic_acid (рисунок — Wikipedia) / Полилактид]
  • PETG — PET с добавкой гликоля: вязче PLA, держит 70–80 °C, даёт нити при печати (stringing). [PETG — PETG / Полиэтилентерефталат]
  • ABS — классический термопластик: жаропрочный (100 °C), вязкий, но при печати выделяет стирол (нужна вентиляция) и даёт усадку (искривление детали). [ABS — ABS / АБС-пластик]
  • Смола SLA — фотополимер, застывает УФ-светом. Точность 0,05 мм, гладкая поверхность; стандартная смола хрупкая (есть «impact»-смолы с удвоённым ударом). [Стереолитография — Stereolithography / Лазерная стереолитография]
↑ К оглавлению

4. Технологии: FDM и SLA

FDM (fused deposition modeling) — наплавка расплавленным филаментом слоем 0,1–0,3 мм. [FDM — Fused_deposition_modeling / Моделирование методом наплавления] Структура детали: внешние стенки (2–3) + внутренний infill (сотовый/линейный 20–50 %). Свойства:

  • Анизотропия. Слой к слою — слабое место: прочность в направлении Z (поперёк слоёв) на 40–50 % ниже, чем в X/Y (вдоль слоёв); Ez примерно в 1,5–2 раза ниже Ex. Механизм — неидеальная адгезия между слоями.
  • Infill. 100 % заполнение — «сплошная» деталь. 30 % — минус ~30 % к прочности на растяжение/изгиб (при нагрузке вдоль слоёв); на сжатие и сдвиг infill влияет сильнее (до −50 %).
  • Стенки. Каждая внешняя стенка (~0,4–0,8 мм) несёт ~25–30 % от прочности; 3 стенки — стандарт для нагруженной детали.
  • Точность. ±0,2–0,3 мм; слой 0,2 мм; «ступеньки» на наклонных поверхностях.

SLA — послойное отверждение смолы УФ-светом. Точность ±0,05 мм, поверхность гладкая, но: хрупкость стандартной смолы, светочувствительность (хранение в тёмном), послепечаточная сушка (изопропанол + УФ-отжиг 2–4 ч), шрамы от поддержек.

Правило выбора технологии. Посадочные размеры с зазором меньше 0,2 мм, тонкостенные элементы (меньше 1,5 мм), декоративная поверхность — SLA. Нагруженные элементы, детали больше 100 мм, работа при температуре — FDM.
↑ К оглавлению

5. Проектирование под печать

  • Ориентация. Главная нагрузка — вдоль слоёв (X/Y), никогда по Z. Консольную деталь печатают «на бок» (нагрузка в плоскости слоёв), а не «сверху вниз».
  • Стенки и infill. Нагруженная деталь: 3 стенки + infill 50–100 %; несущая крышка: 2 стенки + 30–50 %.
  • Скругления. R больше 1 мм: острые углы — концентраторы (статья 67), а при печати «ступеньки» на углах дополнительно ослабляют деталь.
  • Минимальная толщина стенки. FDM: 1,2–1,5 мм (2 стенки); SLA: 0,8 мм. Тоньше — микротрещины при изгибе.
  • Поддержки. Перемычки длиннее 4 мм «в воздухе» — поддержка обязательна; после удаления остаются шрамы — их место не должно быть силовым.
  • Температура. Рабочая температура — HDT минус 10–15 °C. Для PLA — до 40–45 °C в корпусе БПЛА (летом под капотом электроники бывает 60 °C), для PETG — до 65 °C, для ABS — до 85 °C.
  • Посадки. FDM: зазор 0,2–0,3 мм на ось 3–5 мм (меньше — ось не входит, посадка разбивается); SLA: зазор 0,05–0,1 мм. [Допуски — см. статью 71, крепёж.]
↑ К оглавлению

6. Режимы отказа

РежимПричинаСимптомПрофилактика
Межслойное расслоениенагрузка по Z, плохая адгезия (низкая T стола)слои «расходятся» гармошкойнагрузка вдоль слоёв; T стола +5–10 °C
Хрупкий срыв (PLA, смола)удар, резкий изгибскол без деформацииPETG/ABS для ударных узлов; скругления
Ползучестьпостоянная нагрузка + температурадеталь «поплыла» за неделиABS/PETG; запас по напряжению 3–4
Термодеформациятемпература выше HDTискривление, потеря посадкиматериал под температуру (задача 2)
УФ-старениесолнце (PLA белеет и крошится)крошение через 1–2 сезонапокрытие, хранение; статья 72
ВлагопоглощениеABS/PLA набухаютрасслоение, потеря свойствхранение в сухом; сушка филамента
Усталость печатных деталей. Межслойные границы — готовые концентраторы: усталостный предел печатной детали на 30–50 % ниже, чем статический расчётный (статья 67). Для виброузлов (крепёж мотора, кронштейны) печатные детали не рекомендуются вовсе — металл/композит.
↑ К оглавлению

7. Практика: типовые задачи

Задача 1. Ориентация нагрузки (X против Z)

Задача. Крепёжный кронштейн из PLA: сечение 4 × 10 мм, консоль \(L = 40\ \text{мм} \), на конце \(P = 30\ \text{Н} \). Проверить запас (\(n_{треб} = 2{,}5 \), σ_пр PLA вдоль слоёв 45 МПа, в направлении Z коэффициент 0,55) в двух ориентациях: (а) нагрузка вдоль слоёв, (б) нагрузка поперёк (Z).

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
Сечение4 × 10 мм (b × h), W = 4·100/6 = 66,7 мм³
Длина консолиL = 40 мм
Сила на концеP = 30 Н
σ_пр (вдоль слоёв)45 МПа
Коэффициент по Z0,55
n_треб2,5

Искомые параметры: σ (МПа); n для (а) и (б); ориентация.

Решение.

  1. M = P·L = 30·40 = 1200 Н·мм; \(\sigma = \frac{M}{W} = \frac{1200}{66{,}7} = 18\ \text{МПа} \).
  2. (а) Вдоль слоёв: \(n = \frac{45}{18} = 2{,}5 \) — проходит (на границе).
  3. (б) По Z: σ_пр,\(Z = 45\cdot 0{,}55 = 24{,}75\ \text{МПа} \); \(n = \frac{24{,}75}{18} = 1{,}37 \) — не проходит.
Ответ: \(\sigma = 18\ \text{МПа} \); (а) \(n = 2{,}5 \) — проходит; (б) \(n = 1{,}37 \) — не проходит. Печатать с нагрузкой вдоль слоёв.

Вывод. Одна и та же деталь в одной ориентации годна, в другой — нет. Ориентация — первый параметр проектирования печатной детали, ещё до выбора материала.

Задача 2. Выбор по температуре

Задача. Крышка распределителя печатается и работает в корпусе БПЛА; летом под электроникой температура 70 °C. Выбрать материал (правило: Tработы плюс 10–15 °C запас должно быть меньше HDT).

Заданные параметры:

МатериалHDT, °C
PLA~55
PETG~78
ABS~100
Температура эксплуатации70 °C

Искомые параметры: требуемый HDT; подходящий материал.

Решение.

  1. Требуемый HDT: \(70 + 15 = 85\,°\text{C} \).
  2. PLA: 55 меньше 85 — нет (деформируется).
  3. PETG: 78 меньше 85 — нет (на границе, без запаса).
  4. ABS: 100 больше 85 — годен (запас 25 °C).
Ответ: требуемый HDT = 85 °C; годен ABS (100 °C, запас 25 °C). PLA и PETG отпадают.

Вывод. «Крышка отпечатана из PLA, но в полёте поплыла» — типичная причина отказов крышек в жару. Фильтр по температуре отсёкает 50 % ошибок проектирования печатных деталей.

Задача 3. Infill и сечение

Задача. Печатная стойка из PLA несёт осевое сжатие \(P = 100\ \text{Н} \). Подобрать квадратное сечение при \(n_{треб} = 2{,}5 (\sigma_{пр} = 45\ \text{МПа}) \) для двух случаев: (а) сплошная (100 %), (б) infill 30 % (коэффициент прочности 0,7).

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
Сила сжатияP = 100 Н
σ_пр PLA45 МПа
n_треб2,5
Коэффициент infill 30 %0,7

Искомые параметры: Amin (мм²) и сторона квадрата для (а) и (б).

Решение.

  1. σ_доп = 45/2,5 = 18 МПа.
  2. (а) Сплошная: \(A = \frac{P}{\sigma_{доп}} = \frac{100}{18} = 5{,}6\ \text{мм}^{2} \); сторона = √5,6 = 2,4 мм → берём 2,5 мм (6,25 мм²).
  3. (б) Infill 30 %: \(A = \frac{100}{18\cdot 0{,}7} = 7{,}9\ \text{мм}^{2} \); сторона = √7,9 = 2,8 мм → берём 3 мм (9 мм²).
Ответ: (а) 2,5 × 2,5 мм; (б) 3 × 3 мм. Infill 30 % требует на ~40 % больше площади сечения (сторона +20 %).

Вывод. «Сэкономить филамент на infill» — это цена в массе и прочности: при 30 % заполненности деталь тяжелее и габаритнее при том же запасе. Для нагруженных стоек — 50–100 %.

Задача 4. Ударная вязкость

Задача. Деталь шасси (приём ударной энергии при посадке) должна выдерживать удар 10 кДж/м² (тест: падение 0,5 м). Подобрать материал по ударной вязкости (Charpy, печатные детали): PLA 2, PETG 8, ABS 25 кДж/м².

Заданные параметры:

МатериалCharpy, кДж/м²
PLA2
PETG8
ABS25
Требуемый удар10 кДж/м²

Искомые параметры: подходящий материал.

Решение.

  1. PLA: 2 меньше 10 — хрупкий срыв.
  2. PETG: 8 меньше 10 — не проходит (запас меньше 1).
  3. ABS: 25 больше 10 — проходит (запас 2,5).
Ответ: годен ABS (25 кДж/м², запас 2,5). PLA и PETG — хрупкие для этого режима.

Вывод. PLA «ломается, как стекло», PETG «ломается, как пластик», ABS «гнётся». Для ударных узлов — только вязкие материалы; для шасси БПЛА с посадками лучше металл (статья 67).

Задача 5. Анизотропия: прогиб X против Z

Задача. Печатная балка PLA 10 × 10 × 100 мм (b × h × L) на двух опорах, в центре \(P = 20\ \text{Н} \). Сравнить прогиб при ориентации (а) нагрузка в плоскости слоёв \((E_{x} = 3\ \text{ГПа}) \) и (б) нагрузка поперёк слоёв \((E_{z} = 1{,}5\ \text{ГПа}) \).

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
Сечение10 × 10 мм, I = 10·1000/12 = 833 мм⁴
ПролётL = 100 мм
Сила в центреP = 20 Н
Ex (вдоль слоёв)3 ГПа = 3000 МПа
Ez (поперёк)1,5 ГПа = 1500 МПа

Искомые параметры: δ (мм) для (а) и (б); отношение.

Решение.

  1. δ = P·L³/(48EI).
  2. (а) \(\delta_{x} = 20\cdot \frac{1\,000\,000}{48\cdot 3000\cdot 833} = \frac{20\,000\,000}{120\,000\,000} = 0{,}17\ \text{мм} \).
  3. (б) \(\delta_{z} = 0{,}17 \cdot (3000/1500) = 0{,}33\ \text{мм} \).
  4. Отношение: 0,33/0,17 = 1,94 ≈ 2.
Ответ: \(\delta_{x} = 0{,}17\ \text{мм} \); \(\delta_{z} = 0{,}33\ \text{мм} \). Одна и та же деталь в «неправильной» ориентации гнётся в 2 раза сильнее.

Вывод. Анизотропия FDM — это не «потеря прочности», а потеря жёсткости в 1,5–2 раза и прочности в 1,5–1,8 раза. При расчёте печатной детали E и σ всегда берутся по направлению нагрузки относительно слоёв.

↑ К оглавлению

8. Чек-лист самопроверки знаний

Отметьте пункты, которые вы действительно понимаете и можете применить без подсказок.

✓НавыкПроверка
PLAточный, дешёвый, хрупкий, до 55 °C; PETG: вязкий, до 78 °C; ABS: до 100 °C, стирол; смола SLA: точность 0,05 мм, хрупкая.
FDM-анизотропияпо Z — минус 40–50 % прочности и в 1,5–2 раза ниже E; нагрузка — вдоль слоёв.
Infill 30 %минус ~30 % прочности; силовые детали: 3 стенки + 50–100 %.
ТемператураHDT минус 10–15 °C; удар: Charpy больше требуемого с запасом 1,5–2.
Печатные деталине для силовых элементов рамы (удар винта) и не для виброузлов (усталость).
↑ К оглавлению

9. Источники

  1. Wikipedia, «Polylactic Acid» — PLA. en.wikipedia.org/wiki/Polylactic_acid / ru.wikipedia.org/wiki/Полилактид (Полилактид)
  2. Wikipedia, «Polyethylene Terephthalate Glycol» — PETG. en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene_terephthalate_glycol / ru.wikipedia.org/wiki/Полиэтилентерефталат (Полиэтилентерефталат)
  3. Wikipedia, «Acrylonitrile Butadiene Styrene» — ABS. en.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadiene_styrene / ru.wikipedia.org/wiki/АБС-пластик (АБС-пластик)
  4. Wikipedia, «Stereolithography» — SLA-печать. en.wikipedia.org/wiki/Stereolithography / ru.wikipedia.org/wiki/Лазерная_стереолитография (Лазерная стереолитография)
  5. Wikipedia, «Fused Deposition Modeling» — FDM-печать. en.wikipedia.org/wiki/Fused_deposition_modeling / ru.wikipedia.org/wiki/Моделирование_методом_наплавления (Моделирование методом наплавления) Fused_filament_fabrication

Проверено: 05.09.2026.

↑ К оглавлению
  • мод. : Воскресенье, 13 сентября 2026