Остання редакція: 2019-05-20
Анотація
FDM друк це технологія пошарового нанесення матеріалу для відтворення цифрової моделі на основі цифрових даних, яка набула широкого розповсюдження в останні роки для прототипування виробів з термопластику. Одним з найчастіше використовуваних пластиків є PLA - це полілактидна кислота, яка є біорозчинним та біоактивним термопластиком, отриманим з відновлюваних ресурсів, таких як кукурудзяний крохмаль, корінь маніоки, гранул крохмалю та цукрової тростини. Використовується для друку прототипів деталей та декоративних об’єктів, також малонавантажених функціональних деталей, іграшок та деталей для харчового та медичного застосування [1]. Для 3D друку з цього пластику виготовляють філамент, який безперервно подається в зону розплаву принтера.
Для перевірки міцності та найменшого прикладання сили для згину було надруковано модель відкривачки за допомогою FDM 3D друку на принтері з робочою зоною 320х210х390 мм при наступних параметрах: температура екструдера 210°С, температура платформи 60°С, обдув 100%, висота шару 0,2 мм швидкість від 50 до 70 мм/с, а саме зовнішня стінка друкувалася зі швидкістю 50 мм/с, внутрішні дві 60 мм/с, заповнення – 70 мм/с. Вказану деталь друкували з пластиків: PLA, PLA+natural, HPLA, PLA+, PLA carbon. PLA було взято як еталон серед всіх пластиків, оскільки в його склад не включено додаткових речовин, PLA+ додано речовини, які допомагають з адгезією та підвищують механічні властивості, PLA+natural той же PLA+ тільки без барвників, HPLA після друку не потребує постоброблення шліфуванням через унікальний метод виготовлення, PLA carbon – пластик з включенням в його склад волокон карбону.
Надруковані моделі при однакових параметрах з вказаних пластиків мають різну вагу: PLA – 15 гр., PLA+ – 17 гр., HPLA – 17 гр., PLA+natural – 17 гр., PLA carbon – 16 гр. Така різниця пояснюється різним складом пластику та наявністю додаткових наповнювачів. Оскільки модель має складну просторову форму, то для друку нависаючих елементів були необхідні підтримуючі структури в формі решітки, з густиною 10%. Оскільки принтер оснащений лише однією друкуючою головкою, то матеріал підтримок був тим же, що і для деталі. При цьому видалення підтримок можливе лише механічним методом, зазначимо, що видалення цих елементів було легким для всіх матеріалів окрім PLA natural, що пояснюється кращою адгезією до підтримуючих структур при вказаних параметрах друку.
Форма деталі схожа на підкову з двома ніжками, які використовуються як важелі для згину. При експериментальному дослідженні деталі закріплювали однією стороною в лещатах, а до іншої сторони через спеціальних технологічний отвір прикладали силу. На першому етапі прикладали зусилля на стиск, направлене вниз до моменту торкана двох частин, на другому етапі виконували розрив зразка, сила направлена вгору. Для точного визначення зусилля в момент розриву використовували відео фіксацію процесу дослідження. В результаті експериментальних досліджень реальних деталі встановлено, що при стиску до моменту торкання ніжок деталі PLA витримав 20,53 Н, а на розтяг, до моменту руйнування, - 97.2 Н, PLA+ - 19,86 Н та 135,7 Н, НPLA - 22,16 Н та 85,2 Н, PLA+natural - 22,96 Н та 65,3 Н, відповідно. Для PLA carbon виконано лише дослідження на стиск, і отримано значення сили 16,5 Н.
Оскільки деталь працює при стисканні, то найкращі результати отримано для PLA carbon з найменшою силою необхідною для стискання - 16,5 Н. А для руйнування цієї деталі з вказаних матеріалів, окрім PLA carbon, необхідно прикласти найбільше зусиль для PLA+ - 135,7 Н, а найменше для PLA+natural - 65,3 Н.