Особливості застосування у відповідальних конструкціях виробів виготовлених методом осадження плавленням за технологією 3D-друку
Анотація
Технологія термоплавкого 3D-друку має перспективи для військової техніки та інших спеціальних застосувань за умови дотримання необхідних вимог до якості, міцності та довговічності пластикових деталей. Однак існує проблема недостатньої точності та недосліджених закономірностей зміни технологічних параметрів під час 3D-друку, що зумовлює необхідність виготовлення відповідальних конструкцій з використанням технології плазмового осадження. Основною метою статті є вивчення та оцінка особливостей використання методу осадження плавленням в технології 3D-друку для виготовлення виробів, які відносяться до відповідальних конструкцій спеціального призначення і вимагають підвищеної міцності та довговічності. Для досягнення поставленої мети було вдосконалено технологію та засоби 3D-друку методом плавкого осадження (система контролю подачі філаменту з круговим енкодером). Встановлено, що використання системи контролю подачі філаменту дозволяє зменшити кількість візуально виявлених дефектів на поверхні надрукованих виробів в середньому на 71,7%, але збільшити кількість витраченого дроту на 13 % і середній час друку на 15-17 %, що пов'язано з відсутністю опорних конструкцій для одержуваних поверхонь. Дослідження, проведені в даній роботі, показали підвищення міцності на розшарування елементів відповідальних конструкцій, таких як кронштейни для кріплення лазерного далекоміра до корпуса безпілотного літального апарату. За допомогою системи керування подачі філаменту міцність цих елементів зросла з 27,4 МПа (при розтягуванні) і 32,1 МПа (при стисненні) до 38 МПа (при розтягуванні) і 44,3 МПа (при стисненні). Також більш ніж у 2,7 рази збільшилася кількість циклів динамічного навантаження під час випробувань на витривалість. Це дослідження свідчить про більшу динамічну стійкість і меншу втому елементів, виготовлених методом термоплавкого 3D-друку з використанням системи керування подачі нитки. Результати матимуть практичне застосування в різних галузях, в тому числі у військовій сфері
Ключові слова
адитивна технологія; якість друку; міцність; витривалість
Використані джерела
[1] Algarni, M. (2021). The influence of raster angle and moisture content on the mechanical properties of PLA parts produced by fused deposition modeling. Polymers, 13(2), article number 237. doi: 10.3390/ polym13020237.
[2] Andriienko, O., Bondarenko, M., & Antonyuk, V. (2019). Automated system for controlling the characteristics of microsystem equipment devices. In Quality, standardization, control: Theory and practice: Abstracts of the 19th international scientific and practical conference (pp. 26-28). Kyiv: ATM of Ukraine.
[3] Cao, A., Filippo, B., & Chao, G. (2023). Curved layer fused deposition modeling method. In Structural integrity of additively manufactured materials (p. 33). Timisoara: SIAMM21.
[4] Chakraborty, D., Tirumala, T., Chitral, S., Sahoo, B.N., Kiran, D.V., & Kumar, P.A. (2022). The state of the art for wire arc additive manufacturing process of titanium alloys for aerospace applications. Journal of Materials Engineering and Performance, 31, 6149-6182. doi: 10.1007/s11665-022-07128-1.
[5] Doshi, M., Mahale, A., Singh, S.K., & Deshmukh, S. (2022). Printing parameters and materials affecting mechanical properties of FDM-3D printed parts: Perspective and prospects. Materials Today: Proceedings, 50(5), 2269-2275. doi: 10.1016/j.matpr.2021.10.003.
[6] Elmrabet, N., & Siegkas, P. (2020). Dimensional considerations on the mechanical properties of 3D printed polymer parts. Polymer Testing, 90, article number 106656. doi: 10.1016/j.polymertesting.2020.106656.
[7] Ferreira, R.P., & Scotti, A. (2021). The concept of a novel path planning strategy for wire+arc additive manufacturing of bulky parts: Pixel. Metals, 11(3), article number 498. doi: 10.3390/met11030498.
[8] Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B., & Khorasani, M. (2021). Additive manufacturing technologies. Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-56127-7.
[9] Huang, J., Qin, Q., Wen, Ch., Chen, Zh., Huang, K., Fang, X., & Wang, J. (2022). A dynamic slicing algorithm for conformal additive manufacturing. Additive Manufacturing, 51, article number 102622. doi: 10.1016/j.addma.2022.102622.
[10] Jennings, A. (2022). 3D printing troubleshooting: All problems & solutions. Retrieved from https://all3dp. com/1/common-3d-printing-problems-troubleshooting-3d-printer-issues/.
[11] Kiendl, J., & Chao, G. (2020). Controlling toughness and strength of FDM 3D-printed PLA components through the raster layup. Composites Part B: Engineering, 180, article number 107562. doi: 10.1016/j. compositesb.2019.107562.
[12] Li, Y., He, D., Yuan, Sh., Tang, K., & Zhu, J. (2022). Vector field-based curved layer slicing and path planning for multi-axis printing. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 77, article number 102362. doi: 10.1016/j.rcim.2022.102362.
[13] Ngo, T.D., Kashani, A., Imbalzano, G., Nguyen, K.T.Q., & Hui, D. (2018). Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B: Engineering, 143, 172-196. doi: 10.1016/j.compositesb.2018.02.012.
[14] Prashar, G., Vasudev, H., & Bhuddhi, D. (2023). Additive manufacturing: Expanding 3D printing horizon in industry 4.0. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 17(5), 2221-2235. doi: 10.1007/s12008-022-00956-4.
[15] Praveena, B.A., Lokesh, N., Buradi, A., Santhosh, N., Praveena, B.L., & Vignesh, R. (2022). A comprehensive review of emerging additive manufacturing (3D printing technology): Methods, materials, applications, challenges, trends and future potential. Materials Today: Proceedings, 52, 1309-1313. doi: 10.1016/j.matpr.2021.11.059.
[16] Sagar, S., Sharma, S.K., & Rathod, D.W. (2021). A review on process planning strategies and challenges of WAAM. Materials Today: Proceedings, 47(19), 6564-6575. doi: 10.1016/j.matpr.2021.02.632.
[17] Sedlak, J., Joska, Z., Jansky, J., Zouhar, J., Kolomy, S., Slany, M., Svasta, A., & Jirousek, J. (2023). Analysis of the mechanical properties of 3D-printed plastic samples subjected to selected degradation effects. Materials, 16(8), article number 3268. doi: 10.3390/ma16083268.
[18] Vijay, S., Ganesh, G., Navaneeth, G., Naidu, A.V., & Kumar, G.A. (2022). Optimal surface finish of material extrusion 3D printed products using Ultimaker Cura interface. Advances in Science and Technology, 120, 111116. doi: 10.4028/p-hep857.
[19] Wang, F., Zheng, J., Wang, G., Jiang, D., & Ning, F. (2021). A novel printing strategy in additive manufacturing of continuous carbon fiber reinforced plastic composites. Manufacturing Letters, 27, 72-77. doi: 10.1016/j. mfglet.2020.12.006.
[20] Xiong, T.S., Fang, G., Dong, Q., Shen, X.Zh., & Wang, F.Y. (2022). A feedback-based print quality improving strategy for FDM 3D printing: An optimal design approach. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 120, 2777-2791. doi: 10.1007/s00170-021-08332-4.