Kod 3D printanih dijelova oblik unutrašnjosti može biti jednako važan kao materijal. To je posebno bitno kada se razmatraju lagane strukture za zaštitu, gdje projektil djeluje vrlo brzo, a ne samo postepeno opterećuje dio. Istraživanje ispituje kako četiri uzorka ispune utiču na prodiranje projektila u 3D printane PLA blokove.
Ključni nalazi
- Ispitani su PLA blokovi s 50% gustine ispune i uzorcima cubic, grid, gyroid i honeycomb.
- Saćasti, odnosno honeycomb uzorak, imao je najmanju prosječnu dubinu prodiranja: 110,72 mm.
- Kod cubic ispune prosjek je bio 161,51 mm, a kod grid ispune 169,20 mm.
- Projektili u gyroid blokovima prodrli su više od 200 mm; blok ih nije zaustavio unutar svoje dužine.
- Svaki uzorak ispune ispitan je na tri mete, a dubina je određena CT snimanjem.
- FEM simulacija procijenila je prodiranje na približno 184 mm, blizu eksperimentalnog rezultata za grid uzorak.
Zašto je važan oblik ispune
Ispuna je unutrašnja struktura koja se formira unutar 3D printanog dijela, dok njegove vanjske dimenzije ostaju iste. Gustina ispune označava koliko je tog unutrašnjeg prostora popunjeno materijalom, a uzorak ispune opisuje geometriju kojom su unutrašnji zidovi i šupljine raspoređeni. U praksi se uzorak često bira prema uobičajenim mehaničkim zahtjevima i postavkama softvera za pripremu printanja. Međutim, otpornost na balistički udar ne mora se podudarati s rezultatima u drugim vrstama opterećenja.
U radu su zato upoređena četiri često korištena oblika, ne mijenjajući osnovno polimerno okruženje: PLA i 50% gustine ispune. Ispitivanje nije uspostavljalo univerzalni recept za oklop, nego je mjerilo koliko duboko projektil prodire u konkretne uzorke pod konkretnim uslovima. Takvo ograničenje je važno jer se rezultat za određeni materijal, geometriju i projektil ne može automatski prenijeti na druge kombinacije.
Šta je ispitano i kako
U radu su projektovani blokovi dimenzija 200 × 60 × 60 mm. Njihova dužina od 200 mm odabrana je da projektili ostanu unutar mete gdje je to moguće, uz izbjegavanje još većih blokova. Mete su izrađene tehnologijom FFF, odnosno ekstruzijom filamenta, koja je jedan od postupaka aditivne proizvodnje. Korišten je PLA, čest termoplastični materijal za 3D printanje. U dostupnom opisu rada nisu navedene sve postavke printanja, pa se, na primjer, ne mogu porediti konkretne vrijednosti visine sloja ili mlaznice.
Svaki od četiri uzorka ispune — cubic, grid, gyroid i honeycomb — testiran je na tri mete. Blokovi su bili pričvršćeni na metalnu podlogu; maskirna traka korištena je za njihovo učvršćivanje. U eksperimentu je korišteno živo streljivo kalibra 9 × 19 mm. Nakon udara, CT snimanje omogućilo je mjerenje dubine prodiranja bez vađenja projektila i rastavljanja mete. To je posebno korisno kada putanja nije ravna: vađenje bi moglo pomjeriti projektil i promijeniti mjerenje.
Rezultati balističkog ispitivanja
Honeycomb je imao najbolji rezultat među ispitanim konfiguracijama prema mjerilu koje je korišteno — najmanjoj dubini prodiranja. Tri izmjerene vrijednosti bile su 110,74 mm, 110,19 mm i 111,25 mm, uz prosjek od 110,72 mm. Mala razlika između ponovljenih mjerenja pokazuje da su rezultati za ovaj uzorak bili dosljedni u okviru ispitivanja.
Cubic uzorak zabilježio je dubine od 161,64 mm, 162,41 mm i 160,50 mm, odnosno prosječno 161,51 mm. Za grid su izmjerene vrijednosti 167,95 mm, 169,12 mm i 170,55 mm, s prosjekom od 169,20 mm. U radu se navodi da su slični rezultati cubic i grid uzorka razumljivi s obzirom na geometrijsku sličnost njihovih unutrašnjih struktura.
Kod gyroid uzorka sva tri projektila prodrla su više od 200 mm. Pošto je blok bio dugačak 200 mm, rezultat znači da nijedan projektil nije zaustavljen unutar mete; ne daje tačnu dubinu prodiranja nakon izlaska iz bloka. Ovo je važan podsjetnik da se popularnost nekog uzorka ili njegovo ponašanje u drugim testovima ne može smatrati dokazom da će biti najbolji i u balističkom udaru.
Šta pokazuju simulacija i analitički model
Pored eksperimenta, rad prikazuje numerički model metodom konačnih elemenata (FEM). To je računarski pristup koji dijeli geometriju na mnogo manjih elemenata i procjenjuje njihovu mehaničku reakciju. Zbog računarskih zahtjeva, stvarna geometrija ispune nije modelirana pojedinačno. Blok je predstavljen kao ortotropno tijelo, odnosno materijal čija se svojstva razlikuju zavisno od smjera, s parametrima podešenim prema eksperimentalnim i proizvođačkim podacima. Projektil je u simulaciji tretiran kao kruto tijelo, a početna brzina bila je 355 m/s.
Simulacija je procijenila prodiranje na približno 184 mm, u poređenju s eksperimentalnim rezultatom od oko 168 mm za grid uzorak. Model je, dakle, predvidio nešto veću dubinu. U radu se razlika povezuje, između ostalog, s pretpostavkom o krutom projektilu, koji u modelu ne deformiše niti apsorbuje energiju deformisanjem.
Značenje za inženjere i istraživače
Za inženjere i dizajnere, rezultat je dokaz da uzorak ispune treba birati prema namjeni i provjeravati odgovarajućim testom. Honeycomb je u ovom poređenju zaustavio projektil na najmanjoj izmjerenoj dubini, ali to samo po sebi ne potvrđuje da bi samostalni PLA blok bio prikladna zaštita za ljude ili vozila. Rad naglašava i praktičnu prepreku: polimerni dijelovi za balističku zaštitu mogu zahtijevati velike dimenzije i masu. Zato se u istraživanju oklopa razmatraju i kombinacije materijala, uključujući sendvič-strukture.
Studentima i istraživačima studija je koristan primjer kako povezati izradu uzoraka, eksperiment, CT mjerenje i FEM analizu. Ona pokazuje i zašto simulacija treba biti tumačena uz svoje pretpostavke, a ne kao zamjena za fizički test. U budućem radu bilo bi korisno proširiti poređenje na druge gustine ispune, materijale i uticajne parametre, kako se navodi u radu.
Ograničenja i zaključak
Ovo istraživanje obuhvata jedan materijal, jednu gustinu ispune, četiri uzorka, blokove određenih dimenzija i streljivo 9 × 19 mm. Za svaki uzorak ispitane su tri mete. Nalazi zato opisuju upravo te konfiguracije, a ne sve 3D printane polimere ili uslove udara. FEM model dodatno pojednostavljuje unutrašnju geometriju, pa ne predstavlja direktnu simulaciju svake niti ispune.
U radu Dr. Adija Pandžića „Influence of Infill Pattern on Ballistic Resistance Capabilities of 3D-Printed Polymeric Structures“, objavljenom u časopisu *Polymers* 2025. godine, navodi se da se izmjerena dubina prodiranja znatno razlikovala među uzorcima. U testiranim uslovima honeycomb je imao najmanju prosječnu dubinu, 110,72 mm, dok gyroid nije zaustavio projektil unutar 200 mm. Glavna inženjerska pouka je konkretna: za balističku primjenu oblik ispune treba vrednovati eksperimentalno, uz jasno navedene materijal, geometriju i uslove ispitivanja.
| Autori rada | Muhamed Bisić, Adi Pandžić, Merim Jusufbegović, Mujo Ćerimović, Predrag Elek |
|---|---|
| Objavljeno u | Polymers, 2025, volume 17, article 1854 |
| Datum objave | 6. august 2025. |
| DOI | 10.3390/polym17131854 |
| Cijeli rad | mdpi.com |
Česta pitanja
Koji uzorak ispune je imao najbolju balističku otpornost u radu?
Honeycomb, odnosno saćasta ispuna, imao je najmanju prosječnu dubinu prodiranja: 110,72 mm za projektil 9 × 19 mm u testiranim uslovima.
Da li je gyroid ispuna zaustavila projektil?
Ne unutar mete dužine 200 mm. Sva tri gyroid uzorka imala su izmjerenu dubinu prodiranja veću od 200 mm.
Kako je izmjerena dubina prodiranja projektila?
CT snimanje je korišteno nakon udara. Tako se mogla izmjeriti putanja i dubina bez vađenja projektila iz mete.
Tekst je napisan na osnovu objavljenog naučnog rada; za detalje i citiranje koristite originalni rad. O autoru
