Naukowcy badają właściwości rozciągające 3D wydrukowanych próbek PLA: czy 80% infill jest najlepsze?

Streszczenie brzmi: "Celem niniejszej pracy badawczej jest zbadanie właściwości plastycznych kwasu polimlekowego (PLA) i określenie optymalnych kombinacji parametrów drukowania w celu uzyskania maksymalnej odpowiedzi przy użyciu taniej drukowanej drukarki z włóknem szklanym. Dwoma parametrami wybranymi do zróżnicowania w tym badaniu są kąt rastrowy i gęstość wypełnienia, o wartości odpowiednio 20 °, 40 °, 60 ° i 20%, 50%, 80%. Próbki rozciągające z kombinacją tych dwóch parametrów wydrukowano zgodnie ze standardem ASTM D638 typ 1. Przeanalizowano trzy właściwości mechaniczne, mianowicie wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości i granicę plastyczności. Stwierdzono, że właściwość wytrzymałościowa wzrasta wraz z gęstością wypełnienia. Tymczasem zarówno wysoki, jak i niski kąt rastrowy pokazały znacznie wysokie właściwości mechaniczne. Optymalna kombinacja parametrów to 40 ° kąt rastra i 80% gęstości wypełnienia. Jego optymalna własność mechaniczna to 32,938 MPa dla wytrzymałości na rozciąganie, 807.489 MPa dla modułu sprężystości i 26,082 MPa dla granicy plastyczności. "

Aplikacje do druku 3D FDM obejmują więcej części nośnych dla specyficznych wymagań, a wiele z nich wymuszają one ustawienie "określonego poziomu informacji o właściwościach mechanicznych" jako punktu odniesienia w celu oceny siły 3D nadrukowanej części PLA.

Siła ta zazwyczaj zależy od pewnych określonych parametrów drukowania 3D, w tym wysokości warstwy, wypełnienia gęstość i kąt rastrowy, który odnosi się do kierunku perełek materiału w odniesieniu do obciążenia części lub elementu. W trakcie eksperymentu kilka parametrów było utrzymywanych na stałym poziomie, aby "uniknąć wprowadzenia w błąd uzyskanego wyniku".

"Projekt eksperymentu obejmuje parametr i jego wartość wybraną do zbadania" - napisali naukowcy. "Dwa wybrane parametry to kąt rastrowy i gęstość wypełnienia, o wartości odpowiednio 40 °, 60 °, 80 ° i 20%, 50%, 80%. Wysokość warstwy jest utrzymywana na stałym poziomie 0,1 mm przez cały ten eksperyment. Łączna liczba kombinacji parametrów wynosi 9. Ponieważ wielkość próbki wynosi 5, całkowita liczba wydrukowanych próbek wynosi 45 próbek. "

Gdy wysokość warstwy pozostała 0,1 mm dla każdej z dziewięciu kombinacji parametrów, kąt rastra podzielono na trzy grupy: trzy przy 40 °, trzy przy 60 ° i trzy przy 80 °. Trzy badane gęstości wypełnień wynosiły 20%, 50% i 80%. Zespół wykorzystał drukarkę wielokolorowego druku Rainstorm Desktop 2D Reprap Prusa i3 z dyszą 0,4 mm do wykonania testu rozciąganiapreparat z polietylenu o grubości 1,75 mm, który został zaprojektowany przy użyciu SOLIDWORKS i pocięty na plasterki za pomocą oprogramowania Repetier Host.

Zespół wykonał próbę rozciągania, z maksymalnym obciążeniem 50 kN, na wszystkich dziewięciu drukowanych w 3D, 3,2 mm grube próbki PLA przy prędkości 5 mm / min, zgodnie z normą ASTM D638. Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i moduł sprężystości zostały wyekstrahowane z wielu obszarów i punktów: granica proporcjonalności, granica sprężystości, granica plastyczności, punkt skrajnego naprężenia i punkt pęknięcia.

"Najwyższa wytrzymałość na rozciąganie (UTS) to maksymalne naprężenie, które materiał może wytrzymać bez poddawania się plastycznemu odkształceniu podczas rozciągania lub ciągnięcia "- wyjaśniają naukowcy. "Moduł elastyczności jest stosunkiem siły wywieranej na substancję do wynikowej deformacji, której doświadcza, lub zwanej również sztywnością. Tymczasem granica plastyczności jest naprężeniem wymaganym do wytworzenia niewielkiej określonej ilości plastycznego odkształcenia. "

Zespół odkrył, że gdy wzrosło wypełnienie, tak samo jak wszystkie wartości właściwości, co oznacza, że ​​można wybrać prawy procent wypełnienia w celu uzyskania ekonomicznego wykorzystania materiału.

"Po przeanalizowaniu wszystkich uzyskanych danych, zidentyfikowano najlepiej dobraną kombinację parametrów, która daje optymalną właściwość mechaniczną, która jest kombinacją trzeciego parametru wynoszącą 40 ° kąt rastra i 80% gęstości wypełnienia "- zauważyli badacze. "Uzyskano najwyższą wytrzymałość na rozciąganie 32,938 MPa, moduł sprężystości 807,489 MPa i granicę plastyczności 26.082 MPa. 9. kombinacja nie została wybrana jako optymalny warunek parametru ze względu na jej niższą granicę plastyczności w porównaniu. Wybrano optymalną kombinację parametrów w oparciu o kryteria maksymalnej możliwej właściwości mechanicznej. "

Badacze nie zbadali wpływu gęstości wypełnienia lub kąta rastra na UTS próbki, granicę plastyczności ani moduł sprężystości dla ten artykuł.

"Właściwości wytrzymałościowe próbek z nadrukiem 3D PLA zostały pomyślnie wyodrębnione z wykreślonych wykresów naprężeń i odkształceń podczas prób rozciągania. Na podstawie uzyskanych danych eksperymentalnych określono optymalną kombinację parametrów z maksymalną własnością mechaniczną. Jednak wyniki tych badań nie są wystarczające dla użytkownika drukarki 3D do zbadania dostępnych opcji w oparciu o ich konkretne potrzeby "- podsumowali naukowcy. "W związku z tym zakres badań musi zostać rozszerzony poprzez wprowadzenie większej liczby zakresów wartości parametrówzbadane. "