Site icon Centrum Druku 3D | usługi druku 3D, drukarki 3D, wiedza i informacja

Analiza wytrzymałościowa wybranych materiałów stosowanych w druku 3D w technologii FDM

Dla wszystkich użytkowników niskobudżetowych drukarek 3D, działających w technologii FDM, którzy wykorzystują je do czegoś więcej niż drukowanie figurek, jednym z najważniejszych parametrów jest wytrzymałość wykonanych wydruków. Szczególnie duże znaczenie ma to dla firm, które wykonują modele funkcjonalne lub prototypy. Na podstawie opracowania „Analiza wpływu parametrów procesu druku 3D w technologii Fused Filament Fabrication na właściwości wytrzymałościowe gotowego wyrobu” przeanalizujemy bliżej jakich parametrów możemy oczekiwać od określonych materiałów.

Przywołane we wstępie opracowanie zostało nam, w ramach współpracy, udostępnione przez Karolinę Kurowską. Powstało na podstawie pracy inżynierskiej o tym samym tytule. Filamenty do analizy zostały dostarczone przez sklep get3D.

O autorze

Inż. Karolina Kurowska to Studentka Wojskowej Akademii Technicznej na kierunku Mechatronika. Swoją przygodę z technologią druku 3D rozpoczęła w ramach działalności w Kole Naukowym Projektowania, Wytwarzania i Rekonstrukcji WAT, gdzie prowadzi prace badawcze. Prywatnie utytułowana tancerka tańca towarzyskiego.

Opracowanie powstało przy współpracy z inż. Patrycją Wlizło, pod opieką mjr. dr. inż. Pawła Płatka.

Cele i założenia

Do testów posłużono się filamentami PLA, ABS, bronzeFill oraz copperFill. Na ich bazie powstały próbki, które posłużyły do określenia właściwości mechanicznych tych materiałów w zależności od zmiany parametrów druku, takich jak:

Do weryfikacji wpływu tych parametrów na wytrzymałość próbki posłużyły następujące badania i obserwacje:

Wymiary wszystkich próbek zostały dobrane zgodnie z normą ISO 527-1.

Przyjęte parametry druku oraz geometrię wypełnienia przedstawiają poniższe tabele

Ocena jakości wydruków

Przyjętymi kryteriami oceny jakości wydruków były:

PLA

Wszystkie próbki charakteryzowały się wysoką estetyką, dużą gładkością oraz brakiem widocznych niedociągnięć. Górna odchyłka pomiarów szerokości kształtowała się na zbliżonym poziomie 0,4-0,5 mm, z kolei górna odchyłka grubości zawierała się w przedziale 0,03-0,05 mm. Wyjątek stanowiła próbka drukowana z najwyższą prędkością i wypełnieniem linear, ponieważ tutaj odchyłka wynosiła 0,01-0,02 mm.

ABS

Próbki są równie estetyczne, ale mniej gładkie. Odchyłki ich szerokości kształtowały się na poziomie 0,3-0,6 mm, a odchyłki grubości na poziomie 0,01-0,02 mm dla prędkości 60 mm/s i wypełnieniu octagonal oraz 0,1 mm dla prędkości 90 mm/s i przy takim samym wypełnieniu.

bronzeFill i copperFill

Przy najwyższych prędkościach pojawiają się niedociągnięcia w wierzchniej warstwie wydruków. Górna odchyłka szerokości odcinka pomiarowego waha się w przedziale 0,11-0,30 mm, a górna odchyłka grubości na odcinku pomiarowym  zamyka się w przedziale 0,11-31 mm. Wszelkie znaczące odchyłki od tych wartości są trudne do jednoznacznego scharakteryzowania i ciężko określić w nich jakieś zależności.

Statyczna próba rozciągania

Badanie to polega na osiowym rozciąganiu próbek o określonych wymiarach i ma na celu określenie właściwości mechanicznych materiału.

PLA

Poniższe wykresy przedstawione są dla próbek wykonanych z wypełnieniem 10%, w temperaturze druku 210ºC, z prędkościami 60 (Fr=50%), 90 (Fr=75%) i 120 (Fr=100%) mm/s. oraz na warstwie 0,2 mm:

ABS

Poniższy wykres przedstawia wyniki próbek wykonanych z ABS, przy prędkościach druku 60 mm/s (Fr=50%) oraz 90 mm/w (Fr=75%):

Porównanie wyników PLA i ABS przy prędkości druku na poziomie 90 mm/s wygląda następująco:

BronzeFill

Wyniki dla geometrii prostej:

Wyniki dla geometrii hexagonalnej:

Wyniki porównawcze próbek o wypełnieniu pełnym, straight i hexagonalnym przy prędkości druku 60 mm/s:

Wyniki porównawcze próbek o wypełnieniu pełnym, straight i hexagonalnym przy prędkości druku 90 mm/s:

CopperFill

Wyniki dla geometrii prostej:

Wyniki dla geometrii hexagonalnej:

Wyniki porównawcze próbek o wypełnieniu pełnym, straight i hexagonalnym przy prędkości druku 60 mm/s:

Wyniki porównawcze próbek o wypełnieniu pełnym, straight i hexagonalnym przy prędkości druku 90 mm/s:

Badanie Udarności

Obliczenia udarności wykonane zostały dla próbek o wypełnieniu oktagonalnym i prędkości druku 90 mm/s:

Wyniki zbiorcze

Zbiorczy wykres statycznej próby rozciągania dla prostej geometrii wypełnienia:

Zbiorczy wykres statycznej próby rozciągania dla geometrii oktagonalnej/hexagonalnej:

Zbiorczy wykres statycznej próby rozciągania dla pełnego wypełnienia:

Zbiorczy wynik próby udarności dla prostej geometrii wypełnienia:

Zbiorczy wynik próby udarności dla oktagonalnej/hexagonalnej geometrii wypełnienia:

Zbiorczy wynik próby udarności dla pełnego wypełnienia:

Wnioski

Na podstawie analizy wyników badań przeprowadzonych na potrzeby omawianego opracowania wysnuto następujące wnioski:

Podsumowanie

Z powyższa analiza pokazuje, że nie ma idealnego materiału, który byłby uniwersalny i nadawał się do wszystkich zastosowań. Zdecydowanymi liderami są ABS oraz PLA. Słabsze właściwości wytrzymałościowe badanych materiałów kompozytowych spowodowane są najprawdopodobniej poprzez zawarte w nich domieszki. Warto jednak mieć na uwadze, że doświadczenie przeprowadzane było w warunkach laboratoryjnych, więc gdyby dodać do nich chociażby podwyższoną temperaturę, to rezultaty mogłyby się diametralnie różnić.

Źródło: Całe opracowanie można przeczytać tutaj.

Exit mobile version