ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ 3D-ПЕЧАТИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.9

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ

МЕТОДОМ 30-ПЕЧАТИ

А.В. Балашов, А.О. Черданцев, Е.А. Новиковский, С.В. Ананьин, С.В. Белоплотов

Рассмотрен экструзионный методов 30-печати. Определена зависимость удельного веса материала образца от процента заполнения материала при 30-печати. Исследовано влияние процента заполнения материалом детали на предел прочности при изгибе.

Ключевые слова: 3й-печать, экструзионный метод, ABS пластик, предел прочности при изгибе, удельный вес, процент заполнения.

В настоящее время начинает распространяться новый метод получения деталей -30-печать. Процесс создания цельных трехмерных объектов практически любой геометрической формы на основе цифровой модели называют «аддитивным производством» или 30-печатью. 3D-печать основана на концепции построения объекта последовательно наносимыми слоями, отображающими контуры модели [1].

Одним из распространенных методов 30-печати является - экструзионный. При этом методе нить из термопластика (поли-лактид (PLA), акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) и др.) подается в печатающую головку, где разогревается и выдавливается через экструдер на подвижную платформу 3D-принтера. Печатающая головка 1 (рисунок 1) наплавляет слой термопластика 2 в горизонтальной плоскости, согласно сечения модели детали. После наплавления слоя подвижная платформа 3 перемещается вниз на величину напечатанного слоя. После чего печатается следующий слой сечения детали. Таким образом, происходит выдавливание (экструзия) расходного материала с последовательным формированием готового изделия.

Рисунок 1 - Cхема работы 3D-принтера [1]

По рассмотренной технологии на 3D-принтере «PICASO 3D Designer» напечатаны образцы 20^25x120 мм для испытания на изгиб. Образцы печатались при следующих режимах: тип пластика «АВС»; диаметр сопла экструдера - 0,3 мм; высота слоев - 0,25 мм; ширина нити - 0,45 мм; коэффициент подачи пластика - 0,97; температура экструдера -250 °С; температура стола первого слоя -115 °С; температура стола остальных слоев -105 °С; скорость печати 80 мм/с; с формированием слоёв с заполнением материала 20, 40 60, 80 и 100 % (рисунок 2).

Далее образцы взвешивались на аналитических весах САРТОГОСМ СЕ224 и испы-тывались на изгиб на испытательной установке INSTRON 3369 по трехточечной схеме (рисунок 3). Сущность метода заключается в том, что образец для испытаний, свободно лежащий на двух опорах, кратковременно нагружают в середине между опорами. При этом определяли следующие показатели:

- изгибающее напряжение и значение прогиба в момент разрушения для пластика, разрушающегося при заданной величине прогиба или до достижения этой величины;

- изгибающее напряжение при заданном значении прогиба для пластика, неразрушающихся при заданной величине прогиба или до достижения этой величины;

- изгибающее напряжение при максимальной нагрузке для пластика, у которых при заданной величине прогиба или до достижения этой величины нагрузка проходит через максимум;

- изгибающее напряжение при разрушении или при максимальной нагрузке, когда прогиб превышает заданное значение прогиба, если это предусмотрено в нормативно-технической документации на пластик [2].

А.В. БАЛАШОВ, А.О. ЧЕРДАНЦЕВ, Е.А. НОВИКОВСКИЙ, С.В. АНАНЬИН, С.В. БЕЛОПЛОТОВ

Д) е)

Рисунок 2 - Образцы для испытаний на изгиб а) - общий вид образца; б) - внутренняя структура образца с заполнением 20 %; в) - внутренняя структура образца с заполнением 40 %; г) - внутренняя структура образца с заполнением 60 %; д) - внутренняя структура образца с заполнением 80 %; е) - внутренняя

структура образца с заполнением 100 %

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ 3Р-ПЕЧАТИ

а)

Таблица 1

б)

а) - аналитические весы САРТОГОСМ СЕ224; б) - нагружение образца на испытательной установке ^БТРОЫ 3369

Рисунок 3 - Исследовательское оборудование

По результатам взвешивания образцов определена зависимость влияния процента заполнения материала на удельный вес материала образца (таблица 1).

Заполнение, % 20 40 60 80 100

Удельный вес, гр/см3 0,39 0,55 0,71 0,84 0,97

Зависимость влияния процента заполнения материала на удельный вес материала образца описывается уравнением 1. р = -410-15 Л - 0,0064 Л 2 + 0,1836 Л + 0,212, (1) где р - удельный вес материала, гр/см3; Л -процент заполнения.

Результаты испытания образцов на изгиб приведены на рисунке 4

Результаты обработки экспериментальных данных вывяли, что частичное заполнение материалом детали фактически не влияет на предел прочности при изгибе. Предел прочности при изгибе находится в пределах от 9,05 МПа до 12,61 МПа (рисунок 5).

1ТЗ о_ 14

:>

п; 12

1 "

s

^ 8

о.

с

ф в

^

т

(1) X 4

о;

а

то

1

и

■

■ ь

// С" 1

/

80

Е- 70

£ во

™ 50 40 "

с

£ 30

1 20 тс

& 10^ ■■

□ 1234567Б9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Деформация при изгибе (%)

а)

01 23456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Деформация при изгибе (°/о) б)

Рисунок 4 - Результаты испытания типовых образцов а) - заполнение 20 %; б) - заполнение - 100 %.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ 3D-nE4A™

Заполнение материалом детали.

Рисунок 5 - Диаграмма зависимости предела прочности при изгибе от заполнения материалом детали

Полное заполнение материалом детали позволяет повысить прочность на изгиб в 6 раз, однако при этом масса изделия возрастет в 2,5 раза по сравнения с заполнением в 20 %.

Установленная зависимость предела прочности при изгибе детали из термопластика ABS и удельного веса материала детали от процента заполнения может использоваться для проектирования изделий, которые будут изготавливаться методом экструзион-ной 3D-печати.

В дальнейшем планируется изучить влияние других режимов печати (высота слоев, температура экструдера, скорость печати, и др.) на качество полученной детали.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Доступная SD-печать. Для науки, образования и устойчивого развития [Электронный ресурс]. - режим доступа: https://drive.google.com/file/

d/0BwYwpIUU6gSuUW5uWldaYWswNkE/edit?pref=2 &pli=1. - Загл. с экрана.

2. ГОСТ 4648-73 Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб.

Балашов А.В., к.т.н., доцент кафедры «Технология машиностроения» АлтГТУ им. И.И. Ползунова, e-mail: bavagtu@mail.ru.

Черданцев А.О., инженер кафедры «Технология машиностроения» АлтГТУ им. И.И. Ползунова, e-mail: hypertigr@mail.ru.

Новиковский Е.А., ассистент кафедры современных специальных материалов АлтГТУ им. И.И. Ползунова, e-mail: Yegor2003@mail.ru.

Ананьин С.В., к.т.н., доцент кафедры «Современные специальные материалы» АлтГТУ им. И.И. Ползунова, e-mail: fitib@mail.ru.

Белоплотов С.В., студент кафедры «Технология машиностроения» АлтГТУ им. И.И. Ползунова.