ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПЕЧАТИ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО НАПЛАВЛЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ ПОЛУЧАЕМОЙ МОДЕЛИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция «Технологические и мехатронные системы is производстве ракетно-космической техники»

УДК 678

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПЕЧАТИ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО НАПЛАВЛЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ ПОЛУЧАЕМОЙ МОДЕЛИ

Д. А. Горшкалев*, Н. Ф. Янковская Научный руководитель - Н. А. Амельченко

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037,г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

*E-mail: gorshkalev1999@mail.ru

В рамках работы проведены исследования с целью получения серии однотипных изделий методом послойного наплавления при варьировании скорости печати с последующим измерением размеров изделия. Результаты работы могут быть полезны при назначении режимов печати для изготовления изделий в аэрокосмической отрасли и машиностроении.

Ключевые слова: моделирование методом послойного наплавления (FDM, FFF), аддитивные технологии, скорость печати, точность размеров

INFLUENCE OF THE PRINTING SPEED BY THE FUSED DEPOSITION MODELING (FDM) ON THE ACCURACY OF THE MODEL'S DIMENSIONS

D. A. Gorshkalev, N. F. Yankovskaya Scientific Supervisor - N. A. Amelchenko

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: gorshkalev1999@mail.ru

This work carries out an researches, in order to obtain a series of similar products by the fused deposition modeling with varying printing speed, followed by measuring the dimensions of the products. The results of the work can be useful in assigning print modes for the manufacture of products in the aerospace industry and mechanical engineering.

Keywords: fused deposition modeling (FDM, FFF), additive technologies, printing speed, dimensional accuracy

В начале 1980-х годов начали развиваться аддитивные технологии, которые приобрели широкое применение в настоящее время. В частности, речь идет о технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM, FFF). Стоимость оборудования для 3D-печати по технологии FDM в России начинается с отметки около 15000 рублей по состоянию на март 2022 года. В различных отраслях машиностроения (в т. ч. и аэрокосмической) данная технология может заменить традиционные методы и использоваться для прототипирования изделий в литейном производстве, в мелкосерийном производстве штучных изделий и для решения других задач.

В связи с относительной новизной аддитивных технологий, существует довольно широкий спектр малоисследованных направлений в этой области. Одной из таких проблем является оценка влияния технологических режимов печати методом послойного наплавления на размерную точность получаемой модели. В ходе проведенного литературного анализа выявлено, что в работе [1] проводились исследования зависимости размерной точности

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

моделей от толщины слоя при печати. В результате выполнения данной работы был сделан вывод об отсутствии четкой зависимости между толщиной наплавляемого слоя и точностью размера. Однако при этом было установлено, что толщина слоя существенно влияет на расположение предполагаемого поля рассеяния геометрических размеров относительно номинала. Скорость печати в этом исследовании оставалась неизменной.

Целью настоящей работы является изучение влияния скорости печати методом послойного наплавления (FDM) на точность геометрических размеров получаемой модели. Исследования проводились методом создания натурных образцов. На рисунке 1 представлена модель для эксперимента, имеющая линейные (А, Б, В, Е, Ж) и диаметральные (Г, Д) размеры в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

S

■0 ?1\

Б125)

LM

И

Е151

Ц

В 00)

Рис. 1. Модель для эксперимента

При выполнении исследований данная модель была напечатана при четырех технологических режимах, различающихся скоростью печати. Технологические режимы приведены в таблице 1.

Таблица 1

Технологические режимы при проведении эксперимента

№ технологического режима 1 2 3 4

Скорость печати (заполнения), мм/с 75 60 45 30

Скорость печати стенок внеш./внут., мм/с 37,5/75 30/60 22,5/45 15/30

Скорость печати крышки и дна, мм/с 37,5 30 22,5 15

Скорость печати подложки и 1-го слоя, мм/с 25 20 15 10

Скорость холостого перемещения, мм/с 120

Высота слоя, мм 0,1

Ширина линии, мм 0,4

Толщина стенки, мм 0,8

Толщина дна и крышки, мм 0,8

Плотность заполнения (шаблон сетка), % 20

Эксперимент проводился с помощью 3D-принтера Wanhao D12/230, в котором реализована кинематическая схема "Рг^а". Печатающая головка в данной схеме движется по осям X и Z, а платформа с формируемым образцом по оси Y. Такая кинематика считается одной из самых чувствительных к скорости печати. Так, отмечается, что при смене

Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»

направления перемещения платформа и печатающая головка продолжают движение по инерции вдоль указанных координатных осей. Для качественной печати следует задавать небольшую скорость [2].

При выполнении экспериментов для печати в качестве основного материала использовали пластик РЬЛ (полилактид), усадка которого не превышает 0,5% [3]. В качестве измерительного инструмента использовали цифровой штангенциркуль ШЦ-1-150-0,01 (допускаемая погрешность ± 0,015 мм). Результаты замеров геометрических параметров приведены в таблице 2.

Таблица 2

Размеры полученных моделей и время печати при различных режимах, мм_

Режим Время печати, мин. А Б В Г Д Е Ж

1 58 25,90 24,80 29,82 11,50 16,12 4,82 5,98

2 63 25,94 24,80 29,82 11,52 16,14 4,84 6,02

3 73 25,94 24,82 29,84 11,52 16,16 4,84 6,00

4 96 25,96 24,84 29,84 11,54 16,20 4,84 6,00

Как следует из таблицы 2, при уменьшении скорости печати прослеживается тенденция к получению более точных размеров модели. Наиболее очевидна данная тенденция для горизонтального диаметрального размера Д (разброс составляет 0,08 мм), который тем не менее является самым неточным размером вследствие аппроксимации движения при его получении. Наименьший разброс 0,02 мм наблюдается для размеров по оси X (В, Е), вдоль которой двигается печатающая головка. Разброс размера Б по оси Y - 0,04 мм, больше, чем по оси X, что объясняется большей массой системы, движущейся вдоль этой оси. Увеличение точности размера А по оси Z может быть объяснено тем, что при меньшей скорости печати слой материала успевает лучше высохнуть перед нанесением следующего слоя. В целом, все размеры моделей получились меньшими, чем номинальные размеры 3D-модели, вследствие усадки материала и неточности позиционирования оборудования (кроме размера Ж по оси Z, ввиду малости самого размера и толщины печатаемого слоя).

Таким образом, выявлено, что скорость печати оказывает влияние на изменение геометрической точности размеров модели. Однако данное влияние может оказаться незначительным для некоторых практических целей по сравнению с существенным увеличением времени печати при уменьшении скорости.

Библиографические ссылки

1. Зверовщиков, А.Е. Исследование точности размеров, обеспечиваемых технологией 3D-печати / А. Е. Зверовщиков, Д. А. Шелахаев, С. А. Нестеров // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2019. - № 1. - С. 66-78. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/journal/issue/315277 (дата обращения: 04.03.2022).

2. Преображенская, Е. В. Технологии, материалы и оборудование аддитивных производств : учебное пособие / Е. В. Преображенская, Т. Н. Боровик, Н. С. Баранова. -Москва : РТУ МИРЭА, 2021 - Часть 1. - 2021. - 173 с. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/182474 (дата обращения: 15.03.2022).

3. Vektorus [Электронный ресурс]. - URL: https://vektorus.ru/blog/usadka-pla-plastika-pri-pechati.html (дата обращения 20.03.2022).

© Горшкалев Д. А., Янковская Н. Ф., 2022