3d YAZICI BASKI SONUCU MUKAVEMET  TESTLERİ

3d YAZICI BASKI SONUCU MUKAVEMET TESTLERİ

05.05.2018
3d YAZICI BASKI SONUCU MUKAVEMET TESTLERİ

 

 

 

3D baskılarımda % doluluk oranı, katman yüksekliği ve dolgu deseni etkisi nedir?

Basılı bir parçanın mekanik performansının arttırılması genellikle baskı hızı, uygun fiyat ve kalite pahasına gelir.Bu çalışmada farklı parametrelerin performans üzerindeki etkisini ölçüyoruz ve kullanıcılara, ticareti açıkça düzenleyerek en uygun ayarları seçmeye yardımcı oluyoruz. Kullanıcı tarafından karşı karşıya kalınan başvuruları, başvuru koşullarına bağlı olarak seçeceğimiz ayarları sağlıyoruz.

Bu çalışmanın ana gövdesinde, bu parametrelerin stres, uzamada uzama üzerindeki etkisinin detaylı bir açıklamasını sunuyoruz.

Önemli bulgular

 Özetle, Malzemenin uygulama alanına bağlı olarak. Baskı mı? mukavemet veya kalitesini ihtiyaç duyduğunuz düzene koymak adına bulgular test edilip aşağıdaki sonuçlar alınmıştır.

*Strenght (Mukavemet) *Quality(Kalite) *Low Cost (Düşük maliyet) *Speed (Hız)

*Infill(Doluluk oranı) * Layer height (katman yüksekliği)

 

Bu sonuçlar aşağıdaki tablolarda sunulan satışların yorumlanmasına dayanmaktadır:

Yeşilden kırmızıya > İyiden Kötüye

 

Güç, Hız ve Maliyet tabloları yaptığımız mekanik testler;

Mukavemet, numunenin kırılmadan önce alabileceği maksimum strese karşılık gelir

Hız, bir numunenin baskı süresini tanımlar

Maliyet, numunenin gerçek ağırlığından elde edilir ve 80 TL / kg varsayılır.

TESTLERDE;

[1]Kalite kendi tabaka yüksekliğine göre baskılı parçaların genel yönüne ilişkindir

[2]. Kalite Bu çalışmanın odak noktası değildir ancak kalite ve tabaka yüksekliği arasındaki ilişki genel olarak kabul edilmektedir.

[3] Mekanik testlerin çok daha ayrıntılı bir analizi, çalışmanın geri kalanında sağlanmıştır.Özellikle, kopmadaki uzamanın% 90'lık dolumun en düşük olduğu, yani şantiyede olmadığını gösteriyoruz.Çalışmadaki uzama, gerekliliklerin bir parçası değildir. Yukarıdaki tablolarda sunulan, kullanıcının seçtiği bittiği ayarlarla ilgili kararı etkileyebilir.

 

 İncelediğimiz diğer anahtar parametre dolgu deseni idi.Genel olarak, kullanılacak en iyi modellerin Linear veya Diagonal (= Lineer eğimli 45 °) olduğunu gösteriyoruz.

 Aslında, Faslı yıldızlar ve Catfill gibi dekoratif desenler kötü performans sergilerler ve sadece maruz kaldıklarında ve tasarımın bir parçasıysa kullanılmalıdır. Gerçek tartışma Linear, Diagonal ve Hexagonal (a.k.a. Honeycomb) arasındaydı. 

Bir dolgu oranı  yüzdesel düşük olunca, Altıgen, Doğrusal veya Çapraz kullanmanızı öneririz 

Basacağınız parça yüksek dolgu oranında ise Altıgen ve Doğrusal aynıdır ve. Biz Çapraz ~ Doğrusal % 10'dan daha güçlü olduğunu gösteriyor

Bu nedenle asıl soru Lineer Ve Diagonal arasındadır. 

Son olarak 3D baskılı parçanın anizotropisi üzerinde bir test yaptık: Bu, 3D baskılı parçaların Z ekseni boyunca X ve Y ekseni boyunca olduğundan daha zayıf olduğunu gösterdi. Parçaların% 20 ila% 30 daha zayıf olduğunu göstermektedir.. Z-ekseni boyunca ve kırılmadaki uzama yaklaşık yarısıdır. 

·         Test prosedürü hakkında

·         Test ettiğimiz her örnek için aşağıdaki mekanik özellikleri ölçtük:

·         Maksimum stres (nihai gerilme mukavemeti)

·         Kopma uzaması

·         Genç modül (Sertlik)

·         Verim stres

·         Kullanılan malzeme PLA  ve 3D baskı işlemi Fused Deposition Modelling (FDM) 'dir.

·         Dolgu%: Malzemeyle dolu nesnenin (iç) hacminin yüzdesi

·         Katman yüksekliği: Nesneyi oluşturan her katmanın kalınlığı

·         Dolgu deseni: Nozul nesneyi doldurmak için çizim

·  ·         Malzemenin enjeksiyonla şekillendirilmesiyle PLA'nın özellikleri iyi bilinmektedir.Bu çalışmanın amacı, FDM prosesi ile 3D-baskı yapıldıktan sonra davranışını daha iyi anlamaktır. 

P    PLA nın özellikleri şu şekildedir;

·         Güç [MPa] 40 - 70

·         Kopmada uzama% 4 - 6%

·         Genç modül (sertlik) [GPa] 2 - 4

 

Detaylı sonuçlar:% doluluk testi

 

·         Örnekleri aşağıdaki dolgu yüzdesi: 10, 30, 50, 70, 90 ve 100 ile yazdırdık. Diğer yazdırma parametreleri:

·         Yazıcı: MakerBot Replicator

·         Hız: 60mm / s

·         Katman yüksekliği: 0.20mm

·         Sıcaklık: 195 ° C

·         Dolgu deseni: doğrusal

·         Kabuk sayısı: 2

·      

 

Her dolum yüzdesi için üç örnek test ettik

 

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, numune mukavemeti% 10'luk bir artışla% 10'da 10 MPa'dan% 10'a kadar artar, ancak evrimin lineer olmadığı dikkat çekicidir: yüzdelik doluluk oranı arttıkça daha da artar.

% Doluluk oranı arttıkça daha yüksek miktarda malzeme kullanılır (= daha yüksek maliyet) ve baskı süresi daha uzundur.

Bu, [mukavemet / hız] ve [güç / ağırlık] gibi oranlarda birkaç ilginç sonuca sahiptir:

 *Printing time (Baskı süresi dakika) Weight (Ağrlık gram)                                     Max Stres/baskı zamanı                                            Max stres/ağırlık

Grafik ,% 30 ila% 50 aralığının en düşük orana sahip olduğundan, hem maliyet (malzeme kullanımı) hem de baskı süresi açısından en az verimli olduğunu göstermektedir.

 

  • Diğer Performans sonuçları
  • Elegnation at break (kopma uzaması)                                                                                         Akma Gerilimi

 

 

Kopmada uzama:

Bu çalışmanın en şaşırtıcı sonuç muhtemelen bu testte yatmaktadır. Kopma uzaması  % 2. düşer % 90 dolgusu haricinde, etrafında% 2.8 derece sabittir. Biz iki başka bir parti test ederek bir hata olmasaydı olduğunu kontrol % 80, 90 ve 100 dolgu örnekleri ve sonuçları aşağıdaki gibidir:

 

Bu ikinci test,% 90 dolum düşüşünü doğrulamaktadır.

Bizim hipotezimiz şudur:

filamentler paralel uzamış olabilir Yani • dolgu altında% 80 için, her katman (biz sadece "filamentler" diyeceğiz) numune ekseni boyunca birbirini dokunmayın oluşturan ekstrüde PLA filamentler :. gözlü açık boşluklar vardır % Doluluktan bağımsız olarak, kırılmadan önce aynı miktar.

Filamentler yaklaşık% 90 oranında dolmak için sürekli 3 boyutlu bir malzemeye temas eder ve oluştururlar, ancak gözeneklidir, çünkü içinde çok sayıda küçük hava boşlukları vardır (örneğin,% 10 kadarı) Bu durumda, gerilim boşluklar etrafında yoğunlaşır. Bu nedenle boşluklar, sonuç olarak katılmaya ve kırmaya genişleyen hatalar gibi davranır, fakat molada daha düşük bir uzamaya yol açar. Bu, kopmanın% 90 eğimli olduğu gerçeği ile teyit edilir gibi görünmektedir. % 70 veya% 100 için düzdür (aşağıdaki resme bakın).

•% 100 dolgusu için, plastik iplikler de dokunmak ama (neredeyse) malzemesinde artık hava boşlukları. Bu nedenle plastik deformasyon artık orada lokalize değildir ve tek bir plastik filaman. Bu nedenle aynı bulacağını olarak bütün numune davranır Filamanların paralel olarak uzaması durumunda kopmadaki uzama (% 80'in altında dolgu).

Bu nokta, hipotezimizi doğrulamak için daha derinlemesine bir analizi hak ediyor.

 

 

Verim stres:

% 100 dolgu geri 23MPa için azalan önce,% 90 dolgu 28 MPa ila 10% dolgu 8 MPa gerilme artar ürün elde edilmiştir. Stres dolgu üzerindeki hipotezi ile uygun olarak bir% 100,% 90'dan daha yüksek olduğu gerçeği verim Kopmadaki uzama: stres, hava boşlukları etrafında% 90 oranında lokalize edilir, bu nedenle makro seviyesinde, malzeme daha yüksek bir stres oluşturur. 

Young  modülü (sertlik):

Örnek gözenekli olduğundan (% 100 hariç), sertliği hesaplamanın iki yolu vardır:

1. Malzemenin bir parçası olarak içerideki boşluğu sayabiliriz ve Tam kesit tarafından bölünerek Young modülünü hesaplayabiliriz.

2. Ya da kesit alanını alan dolgusu% ile çarparak hesaplayabiliriz.

Ayarlanmamış eğri,% doluluk ve sertlik arasında pozitif ve doğrusal bir ilişki gösterir, sonuç olarak, ayarlanmış eğri, PLA'nın rijiditesinde (prosedür hakkında bölüme bakınız), hemen hemen 3.0GPa civarında sabittir. % dolum, çünkü daha sonra kabukların ağırlığı ve rolü göz ardı edilemez hale gelir, bu nedenle% dolum oranı doğru değildir. 

Detaylı sonuçlar: Katman Yüksekliği testi

Örneği beş farklı katman yüksekliğinde (mm olarak) yazdırdık: 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 ve 0.30 Diğer yazdırma parametreleri:

• Yazıcı: MakerBot Replicator

• Hız: 60mm / s

•% 80:% 80

• Sıcaklık: 210 ° C

• Dolgu Deseni: Doğrusal

• Kabuk sayısı: 2

 

Her katman yüksekliği için üç örnek test ettik

• Streste dikkat edilmesi gerekenler

0,1 mm'de basılı bir parça, 0.2mm (% 21 artış) için 35MPa'nın aksine, sadece 29MPa'lık bir maksimum gerilimi gösterir. Katman yüksekliği, ince olduğunda, basılı parçanın gücünü etkiler.

0.2mm'de, maksimum stres 36 MPa civarında oldukça sabit kalır (bu sonucu, 0.4mm'de ekstra bir testle teyit ettik, burada aynı partinin parçası olmadığı için gösterilmemiştir).

ağırlık olarak maksimum stresi normalleştirme 0.3 mm'de 5.6MPa / g 0.1 mm eğri 4.7MPa / g arasında biraz, yumuşatır. sabit bir dolgu sabit bir ağırlığa yol açacaktır Teorik olarak bu, kesin rakamlar aynı evrimi göstermelidir Tabaka yüksekliği ne olursa olsun, pratikte - 3D Matter tüm numuneleri tartar - Replicator 0.1mm ve 0.15mm gibi daha düşük tabaka yüksekliklerine daha az malzeme ekler.

Diğer sonuç şaşırtıcı değildir: daha düşük katman yüksekliklerinde yazdırmak daha uzun sürer, bu nedenle baskı süresine göre maksimum stres, doğrusal olarak artan bir eğri gösterir.

  

  • Diğer performans sonuçları

 

 

 

 

 

gerilme-uzama eğrileri üzerinde gösterildiği gibi, örnekler eğrisinin birinci bölümünde aynı şekilde davranır :. Young modülü HKO'nun sertlik aralığı içinde daha iyi 2.9GPa çevresinde sabit kalır ve sünme stresi de 19MPa etrafında oldukça stabildir .

Eğriler daha sonra, (daha önce görüldüğü gibi) maksimum gerilme ve kopma uzaması için farklıdır: tabaka yüksekliği ile% 2.1'den% 3.0'a kadar doğrusal olarak artar Bu, malzemenin alt kat yüksekliğinde zayıf olduğu gerçeğiyle uyumludur. muhtemelen daha ince bir depozitin daha düşük doğruluğu ile bağlantılıdır. 

Detaylı sonuçlar: Infill pattern testi

Beş dolgu modelinin özelliklerini inceledik: Doğrusal, Köşegen (45 ° eğimli doğrusal), Altıgen (veya petek), Faslı yıldızlar ve Catfill Diğer baskı parametreleri:

• Yazıcı: MakerBot Replicator

• Hız: 60mm / s

• Katman yüksekliği: 0.20mm

• Sıcaklık: 210 ° C

•%:% 10 doldur

  • • Kabuk sayısı: 2

 

Linear, Diagonal ve Hexagonal için üç örneği test ettik ve sadece Faslı yıldızlar ve Catfill için bir tane test ettik.

 

Lineer, Çapraz ve Altıgen diğer ikisine göre% 10 daha güçlü ~ Doğrusal olduğunu. Bütün güç açısından oldukça benzerdir, fakat bu suboptimal yapılarından beklediğiniz gibi oldukça geniş bir hata bar. Catfill ve Fas yıldız, açıkça daha zayıftır.
Dolgu% (% 10) çok düşüktür seçilmiş ve mutlaka yüksek dolgu% için iyi tahmin etmez dikkat etmek önemlidir. Anizotropi kutu Çapraz ile de (farklı bir amaç için) karşılaştırır Doğrusal (bu bölümün ilerleyen bakınız) % 100 dolgu malzemesi olarak ve biraz farklı bir sonuca veriyor: Çapraz biz 1) Catfill ve Fas yıldız yüksek% olarak yazdırılabilir olmadığını fark etti ve 2) Altıgen çok görünümlü başlar çünkü bu düşük dolgu% seçildi Doğrusal% 10'dan daha güçlüdür. Doğrusal geçmiş% 30 dolum benzer.

Kopmadaki uzama% 1.8 ile% 2.5 arasında, ancak çok geniş hata çubuklarıyla, bu yüzden% 2'lik bir aralıkta olduğunu düşünebiliriz.

Sonuç olarak, Faslı yıldızlar ve Catfill gibi dekoratif desenler açıkça daha kötü performans gösterirken, Doğrusal, Çapraz ve Altıgen,% 10 dolumda karşılaştırılabilir. 

Kutu: Anizotropi

3D baskı süreci, Z-ekseni boyunca doğal olarak zayıflık yaratma eğilimi gösterir, çünkü katmanlar arasındaki arayüz güçlü değildir. . Z doğrultusunda (örnek dikey basılı) Biz bulunan 3 ile 45 ° x / 45 ° Y yönünde (= Çapraz) X yönünde (= Doğrusal), 3 3 ve:% 100 dolgu az 9 örnekleri baskılı Z-ekseni yönünün diğer yönlere göre% 20 ila% 30 daha zayıf olduğu ve uzatılmış maksimum uzunluğun yaklaşık yarısı olduğu.

 anisotropy

Sonuç

Odak noktası olarak bulduğumuz sonuç en önemli parametrenin doldurma şekli ve katman yüksekliği olduğunu gözlemledik.

Diyagonal ve altıgen desenin birbirine çok yakın ve en iyi performasnı sergilediğiniz gözlemledik ayrıca % 90 civarında dolguda  en düşük kopma uzaması olduğu sonucunu elde ettik

Baskı yönleri arasındaki farkla ilgili ilginç bir veri noktası ortaya çıktı ; Z-ekseni beklendiği gibi, diğer yönlerden daha zayıfken, maksimum gerilimde azalma sadece % 20-30'dur. 

 Basacağımız cismin kullanım alanına göre en mantıklı seçim 0.2 katman kalınlığı ile %25-%75 doluluk oranı ile lineer,altıgen ve diyagonal olarka basmamız en verimli sonucu elde etmemizi sağlayacaktır.En optimum oran ise 0.2 katman ile %70 doluluk oranı ile basmaktır.

Notlar:

• Baskı kalitesini, önerilerimizle test etmedik. Deneyimden, tabaka yüksekliği arttıkça kalitenin düştüğünü aldık, ayrıca, engebeli üst tabaka nedeniyle,% 100 dolgu baskıları daha düşük kalitededir.

• Bu yazıda birkaç ilginç araştırma lideri açtık, ancak mekanik performans üzerindeki bazı sonuçlar, formüle ettiğimiz hipotezleri göstermeye daha da fazla değecektir - örneğin, basılı PLA'nın davranışının yaklaşık% 90 dolumuna ilişkin olarak.

• Diğer baskı parametrelerinin, özellikle ekstrüzyon sıcaklığının ve baskı hızının etkisini araştırdık.

 

 

ga('require', 'ecommerce');