Kod FDM 3D printanja, promjer mlaznice može utjecati i na mehanička svojstva printanog dijela i na vrijeme potrebno za njegovu izradu. Taj kompromis je važan kada komponenta treba biti čvrsta i kruta, a da se ne troši nepotrebno mnogo vremena na proizvodnju. U radu Dr. Adija Pandžića porede se epruvete od PET-CF-a izrađene mlaznicama od 0,4 mm i 0,6 mm te prikazuju promjene u čvrstoći, krutosti, deformaciji prije loma i vremenu printanja.
Ključni nalazi
- Mlaznica od 0,6 mm povećala je zateznu čvrstoću do 21,6% u poređenju s mlaznicom od 0,4 mm.
- Savojna čvrstoća povećala se do 14,8% uz mlaznicu od 0,6 mm.
- Modul elastičnosti porastao je do 17,6% pri zatezanju i do 21% pri savijanju.
- Deformacija prije loma smanjila se za 4,5% pri zatezanju i do 20% pri savijanju.
- Vrijeme printanja epruveta skraćeno je do 31% uz mlaznicu od 0,6 mm.
- Rezultati ukazuju na kompromis: veću čvrstoću i krutost, ali manju deformaciju prije loma.
Zašto je promjer mlaznice važan
Fused Deposition Modeling, odnosno FDM, proces je aditivne proizvodnje u kojem 3D printer nanosi istopljeni filament u uzastopnim slojevima. Promjer mlaznice utječe na istiskivanje materijala i može utjecati na geometriju nanesenih linija, kao i na vrijeme potrebno za printanje dijela. Zato može biti važan i za mehanička svojstva i za efikasnost proizvodnje.
Studija se bavi PET-CF-om: polietilen-tereftalatom ojačanim kratkim ugljičnim vlaknima. U radu se navodi da ovaj materijal zadržava mogućnost printanja PETG-a, a pritom nudi veću krutost te bolju temperaturnu i hemijsku otpornost. Proizvođač među mogućim primjenama navodi alate, funkcionalne prototipove i pomoćna sredstva u proizvodnji. To su relevantni primjeri za inženjere koji biraju materijal i postavke printanja, ali rezultati rada odnose se na konkretan PET-CF materijal i ispitane uslove printanja te se ne mogu automatski primijeniti na svaki dio izrađen od istog filamenta.
Šta se ispitivalo
U radu se porede epruvete od PET-CF-a izrađene mlaznicama CC Core promjera 0,4 mm i 0,6 mm. Epruvete su projektovane u programu Solidworks 2023 u skladu sa standardima ISO 527-2 za ispitivanje zatezanjem i ISO 178 za ispitivanje savijanjem. Za pripremu printanja korišten je CURA 5.6.0, a epruvete su printane položene ravno na radnu podlogu.
Prijavljene postavke bile su jednake za obje veličine mlaznice: visina sloja 0,15 mm, gustoća ispune 100%, temperatura printanja 270 °C, temperatura radne podloge 80 °C, brzina printanja 30 mm/s i brzina ventilatora 10%. Printanje je obavljeno na printeru Ultimaker S5 Pro. Ispitivanje je provedeno na univerzalnoj ispitnoj mašini Shimadzu AGS-X kapaciteta 10 kN. Brzina ispitivanja bila je 5 mm/min, u skladu s navedenim standardima. Za svaku vrstu ispitivanja printano je deset ponovljenih epruveta, a vrijeme printanja epruveta određeno je pomoću izračuna u programu CURA.
Zatezna čvrstoća opisuje najveće naprezanje koje epruveta može podnijeti pri povlačenju. Savojna čvrstoća mjeri se pri opterećenju savijanjem. Modul elastičnosti pokazuje krutost, odnosno koliko se materijal opire elastičnoj deformaciji. Deformacija prije loma opisuje koliko se materijal deformira prije pucanja ili otkaza. Ove mjere obuhvataju različite aspekte ponašanja. Materijal može biti čvršći i krući, a istovremeno se manje deformirati prije loma, zbog čega rezultate treba posmatrati zajedno.
Rezultati: čvrstoća, krutost i vrijeme printanja
U poređenju s mlaznicom od 0,4 mm, mlaznica od 0,6 mm povećala je zateznu čvrstoću do 21,6%, a savojnu čvrstoću do 14,8%. Povećao se i modul elastičnosti: do 17,6% pri zatezanju i do 21% pri savijanju. U ispitanoj postavci, veća mlaznica bila je povezana s poboljšanjem čvrstoće i krutosti, kao i s bržom izradom epruveta.
Deformacija prije loma promijenila se u suprotnom smjeru. Uz mlaznicu od 0,6 mm, deformacija prije loma smanjila se za 4,5% pri ispitivanju zatezanjem i do 20% pri ispitivanju savijanjem. Ova razlika je važna pri tumačenju podataka o čvrstoći. Veća vrijednost čvrstoće sama po sebi ne znači da se materijal može više deformirati prije loma. Projektanti trebaju razmotriti da li zahtjevi za dio daju prednost čvrstoći i krutosti ili sposobnosti podnošenja deformacije.
Veća mlaznica također je skratila vrijeme potrebno za printanje epruvete do 31%. U radu se navodi da vrijeme printanja utječe na cijenu gotovog proizvoda. Međutim, rad ne kvantificira novčanu uštedu, pa prijavljeno smanjenje vremena printanja ne treba smatrati konkretnim procentualnim smanjenjem troška proizvoda.
Šta nalazi znače u praksi
Za inženjere i dizajnere proizvoda, poređenje pokazuje zašto promjer mlaznice treba posmatrati kao važan izbor procesa, a ne samo kao način za promjenu brzine. U ispitanim uslovima, mlaznica od 0,6 mm bila je povezana s većom zateznom i savojnom čvrstoćom, većim modulom elastičnosti i kraćim vremenom printanja. Niže vrijednosti deformacije prije loma također treba uzeti u obzir ako komponenta treba da se deformira prije loma, umjesto da ostane relativno kruta.
Za studente, ova studija je koristan primjer zašto mehanička svojstva ne treba svoditi na jednu brojčanu vrijednost. Čvrstoća opisuje otpornost na lom pri određenom ispitivanju opterećenjem; krutost opisuje otpor elastičnoj deformaciji; a deformacija prije loma pokazuje koliko se materijal deformira prije loma. Ovdje je veća mlaznica poboljšala prve dvije mjere, ali smanjila treću. Različiti ishodi pomažu objasniti zašto postavka procesa koja odgovara jednom zahtjevu dizajna možda neće odgovarati drugom.
Nalazi se odnose na FDM printanje PET-CF-a pomoću printera, veličina mlaznica i parametara navedenih u radu. Ne treba pretpostaviti da će se nepromijenjeni primjenjivati na druge filamente, orijentacije printanja, visine sloja ili mašine. Istraživanje ispituje FDM; SLA nije ispitivan, pa rezultate ne treba primjenjivati na tu tehnologiju.
Ograničenja i naredni koraci
Eksperiment poredi samo dva promjera mlaznice, 0,4 mm i 0,6 mm, za jedan materijal i skup definiranih uslova printanja. Ne utvrđuje idealan promjer mlaznice za svaku primjenu PET-CF-a niti pokazuje kako bi se rezultati promijenili pri drugim kombinacijama postavki. U radu su neke razlike navedene kao vrijednosti „do“, pa ih treba prikazati kao prijavljene maksimalne promjene, a ne kao zagarantovana poboljšanja za svaku printanu komponentu.
U radu se preporučuje ispitivanje drugih mehaničkih svojstava, uključujući čvrstoću na pritisak, tvrdoću i udarnu žilavost. Kao područja za daljnja istraživanja navode se i kvalitet površine te dimenzionalna tačnost. Ispitivanje ovih dodatnih ishoda moglo bi pomoći da se utjecaji promjera mlaznice opišu šire od zateznih i savojnih svojstava izmjerenih u ovom radu.
Zaključak
Ova studija Dr. Adija Pandžića, objavljena 2024. godine u zborniku radova 35. međunarodnog simpozija DAAAM, uporedila je epruvete od PET-CF-a printane mlaznicama od 0,4 mm i 0,6 mm. U ispitanim uslovima, mlaznica od 0,6 mm povećala je zateznu i savojnu čvrstoću te modul elastičnosti, a vrijeme printanja skratila do 31%. Istovremeno se smanjila deformacija prije loma. Praktična pouka za FDM printanje PET-CF-a jeste da promjer mlaznice treba odabrati uzimajući u obzir i vrijeme proizvodnje i željeni odnos čvrstoće, krutosti i deformacije.
| Autori rada | Adi Pandžić, Damir Hodžić, Petar Tasić, Ismar Hajro |
|---|---|
| Objavljeno u | Proceedings of the 35th DAAAM International Symposium, 2024, pp. 0135–0142 |
| Datum objave | 10. januar 2024. |
| DOI | 10.2507/35th.daaam.proceedings.017 |
| Cijeli rad | researchgate.net |
Česta pitanja
Kako promjer mlaznice utječe na čvrstoću PET-CF-a?
U ovoj studiji, mlaznica od 0,6 mm povećala je zateznu čvrstoću do 21,6%, a savojnu čvrstoću do 14,8% u poređenju s mlaznicom od 0,4 mm.
Smanjuje li veća mlaznica vrijeme FDM printanja?
Da. Za epruvete od PET-CF-a, mlaznica od 0,6 mm skratila je vrijeme printanja do 31% u poređenju s mlaznicom od 0,4 mm.
Šta se dogodilo s deformacijom prije loma uz veću mlaznicu?
Deformacija prije loma smanjila se za 4,5% pri ispitivanju zatezanjem i do 20% pri ispitivanju savijanjem kada je korištena mlaznica od 0,6 mm.
Tekst je napisan na osnovu objavljenog naučnog rada; za detalje i citiranje koristite originalni rad. O autoru
