Формування властивостей деталей, отриманих FDM, модифікацією поверхневого шару механічною та фізико-технічною обробкою

Автор(и)

  • Walid Alnusirat Al-Balqa Applied University, Йорданія https://orcid.org/0000-0002-9604-3165
  • Swook Hann Korea Photonics Technology Institute, Північна Корея https://orcid.org/0009-0001-4064-6063
  • Олександр Федорович Саленко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-5685-6225
  • Вадим Миколайович Орел Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-8775-3253
  • Тетяна Федорівна Козловська Харківський національний університет внутрішніх справ Кременчуцького льотного коледжу, Україна https://orcid.org/0000-0002-6106-5524
  • Антон Олександрович Костенко Товариство з обмеженою відповідальністю «ФРОНТЛАЙН РОБОТІКС», Україна https://orcid.org/0000-0003-3350-5323
  • Даніїл Олексійович Цуркан Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-4240-6231
  • Петро Петрович Мельничук Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-0361-756X
  • Яна Павлівна Коваленко Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-0086-2036

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.347457

Ключові слова:

адитивне виробництво, механічні властивості, постоброблення, математичне моделювання, поля температур та напружень

Анотація

Об'єктом дослідження є процеси і явища постоброблення FDM виробів у вигляді механічної, теплової (лазерної) або хімічної дії та їх вплив на комплекс властивостей деталей FDM-друку. Відсутність на сьогодні методологічного підґрунтя щодо вибору методів постороблення створює перепони в намаганні поліпшити експлуатаційні властивості виробів, і є важливою проблемою адитивного машинобудування. В роботі досліджуються варіанти постоброблення виробів, отриманих методом пошарового викладання пластикового філаменту з точки зору зміни їх механічних та фізико-технічних характеристик за рахунок утвореного модифікованого поверхневого шару.

Зазначено, що постоброблення може виконуватися шляхом механічного впливу (лезового різання або абразивного оброблення), фізико-технічного, теплового (наприклад, лазерного) та хімічного (протравлення, нанесення клейових шарів). В результаті таких дій на поверхні виробу утворюється модифікований шар певної товщини, структура і властивості якого відрізнятимуться від основи, а його особливості можуть істотно змінювати експлуатаційній властивості виробу в цілому.

Аналіз різних варіантів постоброблення виконано на основі функціонального перетворення вхідних параметрів заготовки у вихідні, що дозволило пов’язати закономірності формування напружень, теплових полів та полів руху речовини з параметрів стану поверхонь, які змінюються в процесі постоброблення від початкового до кінцевого, і які відображено комбінаторними множинами. Такий підхід дозволяє уникати дублювання операцій або окремих переходів, визначати доцільність застосування тих чи інших прийомів, підвищувати відтворюваність адитивного процесу та забезпечувати надійність готового виробу в цілому.

Встановлено обумовленість властивостей FDM виробів станом поверхонь та запропоновано відповідні функціональні залежності для визначення товщини модифікованого шару, утворюваного певними механічними або фізико-технічними впливами. Показано, що використання гостро заточених інструментів дозволяє отримати для PLA Ra = 3,0…3,6 мкм, Rz = 20…40 мкм при точінні, фрезеруванні та свердлінні; ABS – відповідно Ra = 1,2…1,6 мкм, Rz = 5…8 мкм, з товщиною модифікованого шару 0,15−0,65 мм та 0,1−0,25 мм відповідно. Лазерний вплив модифікує шар на глибині 0,2…0,5 мм; хімічна обробка парами кетонів формує шар товщиною 0,3…1,1 мм і визначається температурою насиченої пари, швидкістю дифузії

Біографії авторів

Walid Alnusirat, Al-Balqa Applied University

PhD, Associate Professor

Swook Hann, Korea Photonics Technology Institute

PhD

Laser Research Center

Олександр Федорович Саленко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра конструювання машин

Вадим Миколайович Орел, Державний університет «Житомирська політехніка»

Кандидат технічних наук

Кафедра механічної інженерії та автомобільного транспорту

Тетяна Федорівна Козловська, Харківський національний університет внутрішніх справ Кременчуцького льотного коледжу

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра авіаційного транспорту

Антон Олександрович Костенко, Товариство з обмеженою відповідальністю «ФРОНТЛАЙН РОБОТІКС»

Інженер

Даніїл Олексійович Цуркан, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра конструювання машин

Петро Петрович Мельничук, Державний університет «Житомирська політехніка»

Доктор технічних наук

Кафедра механічної інженерії та автомобільного транспорту

Яна Павлівна Коваленко, Державний університет «Житомирська політехніка»

Доктор філософії (PhD)

Кафедра механічної інженерії та автомобільного транспорту

Посилання

  1. Chen, M. Y., Skewes, J., Woodruff, M. A., Dasgupta, P., Rukin, N. J. (2020). Multi-colour extrusion fused deposition modelling: a low-cost 3D printing method for anatomical prostate cancer models. Scientific Reports, 10 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-020-67082-7
  2. Doshi, M., Mahale, A., Kumar Singh, S., Deshmukh, S. (2022). Printing parameters and materials affecting mechanical properties of FDM-3D printed Parts: Perspective and prospects. Materials Today: Proceedings, 50, 2269–2275. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.10.003
  3. Kristiawan, R. B., Imaduddin, F., Ariawan, D., Ubaidillah, Arifin, Z. (2021). A review on the fused deposition modeling (FDM) 3D printing: Filament processing, materials, and printing parameters. Open Engineering, 11 (1), 639–649. https://doi.org/10.1515/eng-2021-0063
  4. Patel, R., Desai, C., Kushwah, S., Mangrola, M. H. (2022). A review article on FDM process parameters in 3D printing for composite materials. Materials Today: Proceedings, 60, 2162–2166. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.385
  5. Ambade, V., Rajurkar, S., Awari, G., Yelamasetti, B., Shelare, S. (2023). Influence of FDM process parameters on tensile strength of parts printed by PLA material. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 19 (1), 573–584. https://doi.org/10.1007/s12008-023-01490-7
  6. Prashar, G., Vasudev, H., Bhuddhi, D. (2022). Additive manufacturing: expanding 3D printing horizon in industry 4.0. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 17 (5), 2221–2235. https://doi.org/10.1007/s12008-022-00956-4
  7. Pandžić, A., Hodžić, D., Kadrić, E. (2021). Experimental Investigation on Influence of Infill Density on Tensile Mechanical Properties of Different FDM 3D Printed Materials. TEM Journal, 10 (3), 1195–1201. https://doi.org/10.18421/tem103-25
  8. Ai, J.-R., Vogt, B. D. (2022). Size and print path effects on mechanical properties of material extrusion 3D printed plastics. Progress in Additive Manufacturing, 7 (5), 1009–1021. https://doi.org/10.1007/s40964-022-00275-w
  9. Erokhin, K., Naumov, S., Ananikov, V. (2023). Defects in 3D Printing and Strategies to Enhance Quality of FFF Additive Manufacturing. A Review. ChemRxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2023-lw1ns
  10. Salenko, O., Strutinsky, V., Avramov, K., Orel, V., Dzhulii, D., Havrushkevych, A., Kostenko, A. (2025). Providing technical and algorithmical support to the predictable properties of honeycomb filler obtained by additive processes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (1 (135)), 58–80. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.329745
  11. Orel, V., Kozlovs’ka, T., Salenko, O., Melnychuk, P. (2025). Post-processing of engineering products obtained by additive layer modelling. Technical Engineering, 1 (95), 76–93. https://doi.org/10.26642/ten-2025-1(95)-76-93
  12. Chojnacki, B., Chojak, A., Binek, W., Pawlik, J., Idczak, J. (2025). Accuracy of 3D printing of the samples in the prototyping of cavity-based metamaterials. Scientific Reports, 15 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-98391-4
  13. Huang, X., Yang, W., Song, F., Zou, J. (2022). Study on the mechanical properties of 3D printing concrete layers and the mechanism of influence of printing parameters. Construction and Building Materials, 335, 127496. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127496
  14. Tamburrino, F., Barone, S., Paoli, A., Razionale, A. V. (2021). Post-processing treatments to enhance additively manufactured polymeric parts: a review. Virtual and Physical Prototyping, 16 (2), 221–254. https://doi.org/10.1080/17452759.2021.1917039
  15. Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B., Khorasani, M. (2021). Additive Manufacturing Technologies. Springer International Publishing. ttps://doi.org/10.1007/978-3-030-56127-7
  16. Jandyal, A., Chaturvedi, I., Wazir, I., Raina, A., Ul Haq, M. I. (2022). 3D printing – A review of processes, materials and applications in industry 4.0. Sustainable Operations and Computers, 3, 33–42. https://doi.org/10.1016/j.susoc.2021.09.004
  17. Orel, V., Salenko, O., Melnychuk, P. (2024). Innovative additive technologies in the creation of structural elements of aircraft and spacecraft. Technical Engineering, 1 (93), 64–69. https://doi.org/10.26642/ten-2024-1(93)-64-69
  18. Syrlybayev, D., Zharylkassyn, B., Seisekulova, A., Akhmetov, M., Perveen, A., Talamona, D. (2021). Optimisation of Strength Properties of FDM Printed Parts – A Critical Review. Polymers, 13 (10), 1587. https://doi.org/10.3390/polym13101587
  19. Salenko, O. F., Shepelenko, I. V., Budar Mokhamed, R. F. (2020). Pidvyshchennia efektyvnosti obrobky kompozytsiynykh materialiv zastosuvanniam hibrydnoho instrumentu. Materialy konferentsiyi: pidvyshchennia nadiynosti mashyn i obladnannia. Kropyvnytskyi. Available at: https://share.google/aUR1tDkFOFwiZck2w
  20. Dizon, J. R. C., Gache, C. C. L., Cascolan, H. M. S., Cancino, L. T., Advincula, R. C. (2021). Post-Processing of 3D-Printed Polymers. Technologies, 9 (3), 61. https://doi.org/10.3390/technologies9030061
  21. Jabłońska, M., Łastowska, O. (2024). Enhancing of Surface Quality of FDM Moulded Materials through Hybrid Techniques. Materials, 17 (17), 4250. https://doi.org/10.3390/ma17174250
  22. Khosravani, M. R., Schüürmann, J., Berto, F., Reinicke, T. (2021). On the Post-Processing of 3D-Printed ABS Parts. Polymers, 13 (10), 1559. https://doi.org/10.3390/polym13101559
  23. Mathew, A., Kishore, S. R., Tomy, A. T., Sugavaneswaran, M., Scholz, S. G., Elkaseer, A. et al. (2023). Vapour polishing of fused deposition modelling (FDM) parts: a critical review of different techniques, and subsequent surface finish and mechanical properties of the post-processed 3D-printed parts. Progress in Additive Manufacturing, 8 (6), 1161–1178. https://doi.org/10.1007/s40964-022-00391-7
  24. Kantaros, A., Ganetsos, T., Petrescu, F., Ungureanu, L., Munteanu, I. (2024). Post-Production Finishing Processes Utilized in 3D Printing Technologies. Processes, 12 (3), 595. https://doi.org/10.3390/pr12030595
  25. Francis, V., Garg, S., Saxena, K. K., Jain, P. K., Lade, J., Kumar, D. (2022). Effect of chemical and heat treatment on 3D printed parts: nanoparticles embedment approach. Advances in Materials and Processing Technologies, 8 (sup4), 2277–2288. https://doi.org/10.1080/2374068x.2022.2037876
  26. Valerga, A. P., Haq, M. I. U., Fernandez-Vidal, S. R. (2023). Chemical post-processing for fused deposition modelling. Post-Processing Techniques for Additive Manufacturing, 129–153. https://doi.org/10.1201/9781003288619-6
  27. Şükrü Adin, M., Kam, M. (2024). An Overview of Post-Processing of Fused Deposition Modelling 3D Printed Products. Post-Processing of Parts and Components Fabricated by Fused Deposition Modeling, 1–10. https://doi.org/10.1201/9781032665351-1
  28. Gulevskis, A., Volkov, K. (2025). Computer Simulation and Speedup of Solving Heat Transfer Problems of Heating and Melting Metal Particles with Laser Radiation. Computers, 14 (2), 47. https://doi.org/10.3390/computers14020047
  29. Wahab Hashmi, A., Ahmad, S., Gulam Mustafa, M., Tian, Y., Iqbal, F., Singh Mali, H. et al. (2024). Abrasive flow finishing of 3D-Printed Aerofoils: Design, numerical Simulation, and experimental analysis. Optics & Laser Technology, 174, 110578. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.110578
  30. Hashmi, A. W., Mali, H. S., Meena, A. (2021). The Surface Quality Improvement Methods for FDM Printed Parts: A Review. Fused Deposition Modeling Based 3D Printing, 167–194. https://doi.org/10.1007/978-3-030-68024-4_9
  31. Cao, L., Xiao, J., Kim, J. K., Zhang, X. (2023). Effect of post-process treatments on mechanical properties and surface characteristics of 3D printed short glass fiber reinforced PLA/TPU using the FDM process. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 41, 135–143. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2022.12.008
  32. Mushtaq, R. T., Wang, Y., Khan, A. M., Rehman, M., Li, X., Sharma, S. (2023). A post-processing laser polishing method to improve process performance of 3D printed new Industrial Nylon-6 polymer. Journal of Manufacturing Processes, 101, 546–560. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.06.019
  33. Khosravani, M. R., Ayatollahi, M. R., Reinicke, T. (2023). Effects of post-processing techniques on the mechanical characterization of additively manufactured parts. Journal of Manufacturing Processes, 107, 98–114. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.10.018
Формування властивостей деталей, отриманих FDM, модифікацією поверхневого шару механічною та фізико-технічною обробкою

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-30

Як цитувати

Alnusirat, W., Hann, S., Саленко, О. Ф., Орел, В. М., Козловська, Т. Ф., Костенко, А. О., Цуркан, Д. О., Мельничук, П. П., & Коваленко, Я. П. (2025). Формування властивостей деталей, отриманих FDM, модифікацією поверхневого шару механічною та фізико-технічною обробкою. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (138), 23–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.347457

Номер

Том 6 № 1 (138) (2025): Производственно-технологические системы

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Walid Alnusirat, Swook Hann, Oleksandr Salenko, Vadym Orel, Tatyana Kozlovskaya, Anton Kostenko, Daniil Tsurkan, Petro Mel'nichuk, Yana Kovalenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.