ӘОЖ 67.02, 620.172.2, 004.9
ABS PLASTIC АРҚЫЛЫ FDM-PRINTING ӘДІСІМЕН АЛЫНҒАН МОДЕЛЬДІ МАТЕРИАЛДЫҢ БЕРІКТІЛІК СИПАТТАМАЛАРЫН ЗЕРТТЕУ.
Камоничкина Наталья Владимировна
1 курс магистрі
Материалдарды өңдеу технологиялары кафедрасы
атындағы Мәскеу мемлекеттік техникалық университеті. Н.Е.Бауман
Ғылыми жетекшісі: И.В.Кочешков
т.ғ.к., материалдарды өңдеу технологиялары кафедрасының доценті»
Жұмыстың өзектілігі мен зерттеу мақсаты.
Аддитивті технологиялар қазіргі уақытта цифрлық өндірістің қарқынды дамып келе жатқан бағыттарының бірі болып табылады. Технологияның бұл түрінің машина жасау өнімдерін өндіруде және жөндеу жұмыстарында болашағы зор. Аддитивті технологиялар 3D принтерлерді қолдануға негізделген [1]. [3]-де атап өтілген 1D басып шығару процесінің жеті негізгі қағидасының ішінде бүгінгі күні ең кең тарағаны материалды экструзиялау болып табылады, ол саптама немесе ағын арқылы таңдамалы түрде беріледі. Техникалық әдебиеттерде 3D басып шығарудың бұл түрі әдетте FDM басып шығару (FusedDepositionModeling) деп аталады.
FDM басып шығарудың кең таралуы 3D принтердің осы түрінің салыстырмалы арзандығымен және әртүрлі өнім түрлерін өндірудегі кең технологиялық мүмкіндіктермен түсіндіріледі. Дегенмен, FDM басып шығару арқылы өндірілген бөлшектер материалының беріктік сипаттамалары қолданылатын жіптер материалының беріктік қасиеттеріне сәйкес келетінін айту мүмкін емес. Жіптерді дәйекті балқыту арқылы ауыспалы қабаттарды қолдану материалдың көп деңгейлі физикалық құрылымын қалыптастыруға әкеледі. Қалыптасқан құрылымды жіптерді төсеу бағытына қатысты қасиеттердің анизотропиясы, төселген қабаттардың қалыңдығының айырмашылығы, ақаулардың әртүрлі түрлерінің болуы және материалды бұзудың бірегей механизмдері арқылы ажыратуға болады. Жоғарыда аталған факторлар алынған материалдардың беріктік сипаттамаларында көрінеді.
FDM басып шығаруды қолданатын өнімдерді өндіруге арналған ең көп таралған материалдар пластик болып табылады. 3D басып шығаруда жиі қолданылатын пластмасса үлгісі ABS пластик болып табылады. Сондықтан бұл жұмыстың мақсаты - ABS пластмассасының көмегімен FDM басып шығару арқылы шығарылатын материалдың беріктік сипаттамаларын зерттеу.
Үлгілерді дайындау әдістемесі мен шарттарын сипаттау.
FDM басып шығару арқылы шығарылатын материал басқа құрылымға ие болуы мүмкін, бірақ ол міндетті түрде бір бағытты төселген жіптері бар томдар жинағынан тұрады. Бұл FDM басып шығаруды жүзеге асырудың технологиялық ерекшеліктерімен анықталады. Сондықтан FDM басып шығару арқылы шығарылатын материалдың беріктік қасиеттерін анықтау үшін ең алдымен бір бағытты төселген жіптермен модельдік материалдың беріктігін зерттеу қажет. Материалдың беріктік сипаттамаларын және қасиеттердің анизотропиясын бағалау үшін сынақтарды жіптерді төсеу бағыты бойынша және бойымен жүргізу керек.
Созылу сынақтары үшін үлгілердің пішіні мен өлшемдері ГОСТ 11262-80 «Пластика. Созылуды сынау әдісі». Зерттеу үшін екінші типті үлгі таңдалды (1-сурет). 3D басып шығару TU 2291-001-24687042-2016 Техникалық сипаттамаларға сәйкес жеткізілген StreamPlast өндірушісінің ABS+ пластмассасынан жасалған моножіпті қолдану арқылы жүзеге асырылды. Осы техникалық шарттарға сәйкес моножіптің созылу күші кемінде 47 МПа болуы керек және басып шығару 220-250 температура диапазонында жүргізілуі керек.0C.
1-сурет Созуға сынауға арналған үлгінің эскизі.
3D басып шығару бастапқы дайындаманы алу және одан кейін үлгілерді кесу кезеңдерін айналып өтіп, созылу беріктігін сынау үшін үлгілерді дереу шығаруға мүмкіндік береді. Жіптерді төсеу тәртібі (G-коды) Simplify3D бағдарламасының 4.0 нұсқасында ГОСТ 20999-83 «Металл өңдеу жабдықтарын сандық басқару құрылғылары. Бақылау бағдарламаларының кодтау ақпараты», үлгінің жұмыс бөлігіндегі жіптердің созылу бағыты бойынша немесе бойымен орналасуын ескере отырып. FDM басып шығару экструдер саптамасының диаметрі 3 мм болатын PicasoDesignerPro250 0,3D принтерінде жүзеге асырылды.
Басып шығару алдында материалдың адгезиясын жақсарту үшін үстел The3D маркалы арнайы байланыстырғышпен жабылған. Үстелдегі температура 110 болды0C, ал экструдер саптамасының температурасы 2400C. Басып шығару үш режимде жүзеге асырылды:
- 1 -режим: экструдер саптамасының V жылдамдығындас=30 мм/с және жіптің қабатталған қабатының қалыңдығы hсл=100 мкм;
- 2 -режим: экструдер саптамасының V жылдамдығындас=45 мм/с және жіптің қабатталған қабатының қалыңдығы hсл=150 мкм;
- 3 -режим: экструдер саптамасының V жылдамдығындас=60 мм/с және жіптің қабатталған қабатының қалыңдығы hсл=200 мкм;
Алынған үлгілер 1±0,5 мм/сек сәйкес келетін сынау машинасының қапсырмаларының кеңею жылдамдығында керілуіне сыналған (ГОСТ 11262-80 қарастырылған сынау машинасының қысқыштарын кеңейтудің минималды жылдамдығы).
Алынған эксперименттік мәліметтерді талқылау.
Жіптерді төсеу бойымен және көлденеңінен ABS пластмассасының көмегімен FDM басып шығару арқылы алынған материалды сынау нәтижелері туралы эксперименттік деректер суретте келтірілген. 2. Ұсынылған деректерден жіптерді төсеу бағытында 3D басып шығарудың барлық үш режимін қолдану арқылы алынған материалдың созылу беріктігі өз мәндерінде жақын және 31-33,5 МПа деңгейінде екені анық. Егер өндірушінің FDM басып шығаруда қолданылатын моножіптің беріктігі туралы деректерін қолдансақ (47 МПа), онда бұл мәндер шамамен 31% төмен. Дегенмен, осы екі материалдың беріктік деңгейлерін дұрысырақ салыстыру үшін моножіптерді сынау шарттары үлгі материалдағы оларды жүктеу шарттарымен қаншалықты сәйкес келетінін нақтылау қажет.
Жіптерді төсеу кезінде үлгі материалының беріктігі айтарлықтай төмен және FDM басып шығару режимдеріне көбірек байланысты (Cурет 2). Экструдер саптамасының қозғалыс жылдамдығы төселетін қабаттың қалыңдығымен бірге жіптердің адгезиясының беріктігіне әсер етеді. Бұл саптамадан материалға жылудың таралуына байланысты. Жоғары басып шығару жылдамдығында кез келген уақытта пластикке жылу төмен жылдамдыққа қарағанда аз беріледі. Кішкентай қабатты төмен жылдамдықпен басып шығарсаңыз, тым көп жылу пайда болуы мүмкін. Бұл адгезияны арттырады, бірақ пластикалық салбыраған түрдегі ақаулар болуы мүмкін. Керісінше, жоғары жылдамдықта қалың қабатпен 3D басып шығарсаңыз, жіптер арасында жақсы адгезия жасау үшін жылу жеткіліксіз болуы мүмкін.
Бұл болжам алынған эксперименттік мәліметтермен расталады (2-сурет). 1-режимде (ең төменгі басып шығару жылдамдығы және төселген қабаттың қалыңдығы) жіптерді төсеу кезінде үлгі материалының беріктігі максималды және 20,2 МПа (жіптерді төсеу бойындағы материалдың беріктігінің 67%) құрайды, 2 режимде - 14 МПа (жіптерді төсеу бойындағы материалдың беріктігінің 41%) және 3 режимде - 15,9 МПа (жіптерді төсеу бойындағы материалдың беріктігінің 51%). Яғни, 1D басып шығарудың 2-режимінен 3-режиміне ауысқан кезде жіптерді көлденең төсеу үлгілерінің созылу беріктігі төмендейді, бұл жіптердің төселген қабатының қалыңдығына қарағанда жоғарырақ әсер ету нәтижесінде. басып шығару жылдамдығын арттыру. Ал 2-режимнен 3-режимге ауысқанда материалдың беріктігінің шамалы өсуіне әкелетін басып шығару жылдамдығының жоғарылауы басым әсер етеді (2-сурет).
Күріш. 2 Созылу беріктігінің σ тәуелділігірәртүрлі 3D басып шығару режимдерін қолдану арқылы алынған жіптерді бойлық және көлденең төсеу бар модельдік материал (режим 1 – Vс=30мм/сек, сағсл=100 мкм; Режим 2 – Vс=45 мм/сек, сағсл=150 мкм; Режим 3 – Vс=60 мм/сек, сағсл=200 мкм.)
Жіптерді бойлық және көлденең төсеу бар модельдік материалдың үлгілері әртүрлі созылу диаграммалары мен сыну беттеріне ие. Егер талшықтарды көлденең төселген үлгілердің созылу диаграммасы сынғыш сыну үшін тән көрініске ие болса, онда талшықтарды бойлық төсеу үлгілерінің созылу диаграммасында созу күші аздап азайғаннан кейін, максимумға жеткеннен кейін, біртіндеп төмендейді. үлгінің істен шығу сәтіне дейін байқалады.
Күріш. 3 Көлденең (а) және бойлық (б) жіптерді төсеумен үлгілердің бұзылу сипаты.
Көлденең талшықты орналастыру үлгілерінің (3а-сурет) сыну беті абсолютті тегіс, ал бойлық талшықты орналастыру үлгілерінің (3б-сурет) сыну беті дамыған. Бұл сынықтарды оптикалық микроскоптың көмегімен зерттегенде көлденең төселген талшықтары бар материалдың бұзылуы төселген жіптердің беті бойынша бір жазықтықта (4а-сурет) болатыны анық. Модельдік материалдың бойлық талшықты орналастырумен сынуы (4б-сурет) дамыған сипатқа ие. Сынық әр түрлі жазықтықта болады және сынғанда зақымданудың жиналу аймақтары да, жарықтардың негізгі таралуына тән жазық аймақтар да байқалады.
Күріш. 4 Жіптерді көлденең (а) және бойлық (б) төсеумен үлгілердің сыну түрі.
қорытынды
- ABS пластмассасын қолданып FDM басып шығару арқылы жасалған модельдік материал үшін жүктемені қолдану бағыты бойынша жіптерді төсеу кезінде 3D басып шығару режимдеріне созылу беріктігінің тәуелділігі анықталмады. Барлық басып шығару режимдеріндегі беріктік 31-33,5 МПа болды, бұл өндіруші мәлімдеген моножіптердің беріктігінен шамамен 31% төмен.
- Жіптерді көлденең төсеу кезінде үлгі материалдың беріктігі талшықтарды төсеу бойымен сынау кезінде алынған беріктіктің 41-67% құрайды. Бұл күш 3D басып шығару режимдеріне байланысты. Максималды мән – 20,2 МПа – 1 режимде экструдер саптамасының V жылдамдығында алынды.с=30 мм/с және жіптің қабатталған қабатының қалыңдығы hсл=100 мкм, ал ең аз мән – 14 МПа – 2 режимде, V кезінде байқалады.с=30 мм/сек және сағсл=100 мкм.
- Жіптерді бойлық және көлденең төсеу бар модельдік материал үлгілері әртүрлі сипатта және сыну бетінің түріне ие:
- оларды көлденең төсеу кезінде тұндырылған жіптердің түйіскен жерінде абсолютті тегіс сыну беті байқалады, демек, олардың арасындағы адгезия мөлшері беріктік мәніне әсер ететін ең маңызды фактор болып табылады;
- оларды бойлық төсеу кезінде материалдың сынуы зақымданулардың жиналу аймақтарымен де, жарықтардың негізгі таралу аймақтарымен де дамыған сипатқа ие болады. Кейінгі зерттеулерде бойлық төселген жіптері бар материалды байланыстырылған талшықтар шоғыры ретінде қарастырған жөн, бұл мұндай материалдың бұзылу механизмдерін ашуға мүмкіндік береді.
Әдебиет
- ГОСТ Р 57558-2-017 «Қосымша технологиялық процестер. Негізгі принциптер» Тексерілген үлгілер:
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
- SONY DSC
Микроскоптағы үлгілердің сынуы:
автор: Studia3D Агрегатор
Басқа мақалалар Studia3D Агрегатор