Визначення геометричних та кінематичних характеристик процесу 3D друку методом FDM

Автор(и)

  • Vitalii Oleksyshen Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057, Україна https://orcid.org/0000-0002-0477-2388
  • Aleksandr Sokolskyi Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057, Україна https://orcid.org/0000-0002-7929-3576
  • Oleksandr Kolosov Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057, Україна https://orcid.org/0000-0001-8939-0591
  • Vladyslav Solovei Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057, Україна https://orcid.org/0000-0002-5638-2701

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.200999

Ключові слова:

3D друк, 3D принтер, Fused Deposition Modeling, полімерний термопластичний матеріал, друкувальна головка, кінематична схема.

Анотація

Досліджено процес нанесення полімерного термопластичного матеріалу в процесі 3D друку з використанням технології FDM (Fused Deposition Modeling – формування методом наплавки). Об’єктом дослідження став дискретний шар дослідного зразка. Для визначення геометричних параметрів було виготовлено зразки товщиною в один діаметр сопла (0,5 мм) друкувальної головки 3D принтера. Отримані зразки розрізані на ділянки однакової ширини (10 мм), на кожній ділянці було відсічено окремій шар нанесеного матеріалу. Це дало змогу визначити зміну товщини від початкової до кінцевої точки шару. Виявилось, що товщина шару менша за діаметр сопла на початку руху друкувальної головки поступово зростає та на певному етапі починає перевищувати діаметр сопла. Отримані значення становили від 0,4 до 0,6 мм для сопла діаметром 0,5 мм. Причина полягає в тому, що на початку подачі витратного матеріалу має місце високоеластичне запізнення реакції полімерного матеріалу на тиск у друкувальній головці та певний проміжок часу ця частина матеріалу не наноситься на зразок, а потім має місце ефект розбухання розплаву полімеру. Причому зі зростанням діаметра сопла вплив цих явищ також зростає. Також процес друку фіксувався на широкоформатну відеокамеру у HD-якості з частотою 50 кадрів/с, що дало змогу дослідити динаміку нанесення витратного полімерного термопластичного матеріалу. Отримані результати показали відмінність швидкостей від заданих у виконавчому коді. При чому для різних конструкцій кінематичних схем переміщення друкувальної головки відхилення параметрів було різним – реальні значення були більшими від теоретичних (заданих) на 20–50 % в залежності від типу FDM 3D принтера. Це пояснюється відмінністю інерційних характеристик різних конструкцій кінематичних схем переміщення друкувальної головки. Отримані результати є основою для подальшого більш детального вивчення впливу конфігурації формуючих органів та конструкції FDM 3D принтерів на процес просторового друку.

Біографії авторів

Vitalii Oleksyshen, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057

Аспірант

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Aleksandr Sokolskyi, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Oleksandr Kolosov, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057

Доктор технічних наук, професор, старший науковий співробітник, академік Академії наук вищої освіти України, патентний повірений України

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Vladyslav Solovei, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03057

Аспірант

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Посилання

  1. Wohlers Report 2013. Available at: https://wohlersassociates.com/press59.html
  2. Surange, V. G., Gharat, P. V. (2016). 3D Printing Process Using Fused Deposition Modelling (FDM). International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 3 (3). Available at: https://www.researchgate.net/publication/301557905_3D_Printing_Process_Using_Fused_Deposition_Modelling_FDM
  3. Cantrell, J. T., Rohde, S., Damiani, D., Gurnani, R., DiSandro, L., Anton, J. et. al. (2017). Experimental characterization of the mechanical properties of 3D-printed ABS and polycarbonate parts. Rapid Prototyping Journal, 23 (4), 811–824. doi: http://doi.org/10.1108/rpj-03-2016-0042
  4. Divyathej, M., Varun, M., Rajeev, P. (2016). Analysis of mechanical behavior of 3D printed ABS parts by experiments. International Journal of Scientific & Engineering Research, 7 (3). Available at: https://www.ijser.org/researchpaper/Analysis-of-mechanical-behavior-of-3D-printed-ABS-parts-by-experiments.pdf
  5. Letcher, T., Waytashek, M. (2014). Material Property Testing of 3D-Printed Specimen in PLA on an Entry-Level 3D Printer. Volume 2A: Advanced Manufacturing. doi: http://doi.org/10.1115/imece2014-39379
  6. Johnson, G. A., French, J. J. (2018). Evaluation of Infill Effect on Mechanical Properties of Consumer 3D Printing Materials. Advances in Technology Innovation, 3 (4), 179–184.
  7. Kuznetsov, V., Solonin, A., Urzhumtsev, O., Schilling, R., Tavitov, A. (2018). Strength of PLA Components Fabricated with Fused Deposition Technology Using a Desktop 3D Printer as a Function of Geometrical Parameters of the Process. Polymers, 10 (3), 313. doi: http://doi.org/10.3390/polym10030313
  8. Prusa resurch. Available at: https://www.prusa3d.com/
  9. Weikert, S., Ratnaweera, R., Zirn, O. (2010). Modeling and measurement of H-Bot kinematic systems. Swiss Federal Institute of Technology. Zurich. Available at: https://www.icvr.ethz.ch/ConfiguratorJM/publications/MODELING_A_132687166151936/3314_mod.pdf
  10. Ultimaker Cura. Available at: https://ultimaker.com/en/resources/52833-install-ultimaker-cura

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-03-05

Як цитувати

Oleksyshen, V., Sokolskyi, A., Kolosov, O., & Solovei, V. (2020). Визначення геометричних та кінематичних характеристик процесу 3D друку методом FDM. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(52), 19–21. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.200999

Номер

Том 2 № 1(52) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Звіт про науково-дослідні роботи

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Vitalii Oleksyshen, Aleksandr Sokolskiy, Oleksandr Kolosov, Vladyslav Solovei

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.