Badanie deformacji 3D wydrukowanego PLA

W artykule zatytułowanym "Improved Model and Experimental Validation of Deformation in Fused Filament Fabrication of Poly Lactic Acid" grupa badaczy ocenia odkształcenia w 3D wydrukowanym PLA. Ponieważ PLA jest głównie drukowane w 3D przy użyciu stosunkowo niewielkich drukarek 3D na komputery stacjonarne, naukowcy twierdzą, że niewiele uwagi poświęcono wyzwaniom związanym z drukowaniem 3D na dużą skalę. Niektóre z tych wyzwań obejmują wypaczenia lub deformacje, ale proces deformacji nie jest dobrze zrozumiany

Aby zbadać deformację w PLA, naukowcy 3D wydrukowali kilka obiektów za pomocą drukarki NAJBARDZIEJ RepRap 3D. Wszystkie obiekty zostały wydrukowane w 3D przy użyciu PLA bez żadnych dodatków. Wykresy temperatury cienkiej pionowej ściany zostały wykonane podczas drukowania za pomocą kamery czułej na podczerwień. Temperaturę pikseli na obrazie określono i wykreślono.

"Wykres podzielono na regiony, w których co najmniej jeden składnik miał liniową zależność od temperatury" - wyjaśniają naukowcy. "Te relacje liniowe zostały ręcznie dopasowane, aby przekonwertować wartość koloru piksela na pozycję na skali. Ponieważ górna i dolna granica skali była zmienna, a zmiany te nie były natychmiast aktualizowane na obrazie, musiały zostać również określone na podstawie obrazu. Jako odniesienie zastosowano tło o stałej temperaturze. Zarejestrowana temperatura centralnego piksela została natychmiast zaktualizowana i została użyta jako drugie odniesienie. Te dwie referencje zostały użyte do przekształcenia pozycji na skali w temperaturę. "

Równanie cieplne zostało skalibrowane za pomocą pomiarów termicznych i zatwierdzone przez pomiar krzywizny w drukowanych obiektach 3D. Wyniki pokazały, że dzięki temu model nadaje się do pracy w niższych temperaturach otoczenia. Nie jest on bardzo dokładny dla pierwszych warstw, ale po około 9 mm dobrze prognozuje odkształcenie. Naukowcy zbadali również wpływ wyżarzania. Odkryli, że w temperaturze 50 ° C nie ma skurczu ani krystalizacji, ale w temperaturze 90 ° C szybko krystalizuje do około 20% krystaliczności. W związku z tym temperaturę podgrzewanego złoża należy utrzymywać na poziomie 50 ° C lub niższym, aby uniknąć delaminacji wydruków PLA.

Mimo iż badanie z powodzeniem wyjaśniło, w jaki sposób deformacja PLA jest spowodowana gradientem temperatury, który narasta podczas wydrukować, nie badano, jak to zatrzymać, twierdzą naukowcy. Wyniki zawierają jednak potencjalne rozwiązanie.

"Wymaga to zastosowania opracowanego tutaj modelu, który ulepszapoprzez wykluczenie uproszczeń, a następnie wykorzystanie ich do przewidywania dokładnej deformacji ceglanego bloku konstrukcyjnego "- stwierdzają naukowcy. "Następnie obiekt musi zostać pocięty na cegły z miejscem na zaprawę o wymiarach potrzebnych do wypełnienia oczekiwanego odkształcenia na przejściu uszczelniającym. Zaprawę należy nadrukować po schłodzeniu i skurczeniu się warstwy, najlepiej w zależności od średnicy dyszy maszyny FFF. Na koniec ścieżka narzędzia zaprawy powinna zostać zoptymalizowana, aby zminimalizować długość pojedynczej ścieżki narzędzia, jednocześnie wiążąc wszystkie cegły w jedną całość. Przyszłe prace są konieczne, aby przetestować tę nową metodę krojenia, aby zapobiec śmiertelnej deformacji FFF na dużą skalę i jak wpływa ona na właściwości mechaniczne drukowanych obiektów. "

Autorami artykułu są Bas Wijnen, Paul Sanders i Joshua M. Pearce.