Dijelovi izrađeni FDM 3D printanjem mogu se ponašati drugačije od komponenti proizvedenih konvencionalnim postupcima jer se izrađuju sloj po sloj i mogu sadržavati pore ili zone slabijeg povezivanja. Za inženjere koji razmatraju PET ojačan karbonskim vlaknima, odnosno PET-CF, važno je pitanje može li termička obrada nakon printanja poboljšati čvrstoću i krutost — i da li isti uslovi žarenja poboljšavaju sva mehanička svojstva.
Ključni nalazi
- U istraživanju su ispitane temperature žarenja od 80 °C, 130 °C i 180 °C, u trajanju od 30, 120 i 210 minuta.
- U zaključku su navedena maksimalna povećanja od 18,34% za zateznu čvrstoću, 18,7% za modul elastičnosti pri zatezanju, 30,85% za savojnu čvrstoću i 15,87% za modul elastičnosti pri savijanju.
- Temperatura je bila najuticajniji faktor za sva četiri ispitana mehanička svojstva.
- Najveće prijavljene vrijednosti savojne čvrstoće i modula elastičnosti pri savijanju, 5,6 GPa, postignute su pri 130 °C tokom 120 minuta.
- Model za zateznu čvrstoću bio je slab: njegov R-kvadrat iznosio je 56,73%, a predviđeni R-kvadrat 2,65%.
Zašto proučavati žarenje PET-CF-a?
Aditivna proizvodnja omogućava izradu složenih dijelova dodavanjem materijala sloj po sloj. Kod modeliranja taloženjem istopljenog materijala (FDM), termoplastični filament se zagrijava i nanosi kroz mlaznicu. Brzo hlađenje, povezivanje slojeva i unutrašnje pore mogu uticati na nosivost gotovog dijela. PET-CF je polietilen-tereftalat ojačan kratkim karbonskim vlaknima, razvijen za krute dijelove dimenzionalne stabilnosti. Proizvođač navodi da žarenje može dodatno promijeniti njegova svojstva, ali rezultat zavisi od materijala i uslova termičke obrade.
Žarenje je kontrolisano zagrijavanje nakon printanja, praćeno hlađenjem. Kod polimera može ublažiti zaostala naprezanja i podstaći promjene u strukturi materijala. Međutim, prekomjerno ili neravnomjerno zagrijavanje može izazvati deformacije ili krtost. Zato je korisnije ispitati konkretan filament nego pretpostaviti da će preporuka za termičku obradu drugog polimera dati isti rezultat.
Šta je ispitivano
Rad Dr. Adija Pandžića objavljen je 2025. godine u zborniku radova 36. međunarodnog simpozija DAAAM o inteligentnoj proizvodnji i automatizaciji.
U radu se ispitivao UltiMaker PET CF filament prečnika 2,85 mm. Epruvete za zatezno ispitivanje projektovane su prema standardu ISO 527-2, a epruvete za savojno ispitivanje prema standardu ISO 178. Među navedenim postavkama printanja bili su mlaznica od 0,6 mm, visina sloja od 0,15 mm, gustina ispune od 100%, temperatura printanja od 270 °C, temperatura podloge od 80 °C i brzina printanja od 25 mm/s. Mehanička ispitivanja obavljena su na univerzalnoj ispitnoj mašini Shimadzu AGS-X, pri brzini pomaka poprečne glave od 5 mm/min.
U istraživanju je ispitano 100 epruveta: 50 za zatezna i 50 za savojna ispitivanja. Za svaku kombinaciju od tri temperature i tri trajanja žarenja korišteno je po pet epruveta. Dodatnih pet epruveta za svaku vrstu ispitivanja činilo je netretiranu kontrolnu grupu. Nakon žarenja u peći, epruvete su ostavljene da se ohlade na sobnoj temperaturi. Podaci su statistički analizirani, između ostalog i analizom varijanse (ANOVA), kojom se procjenjuju uticaji pojedinačnih faktora i njihove međusobne interakcije.
Rezultati: temperatura je bila važnija od samog trajanja
Najjasniji nalaz ANOVA analize bio je da je temperatura dominantan faktor. Kod zatezne čvrstoće njen doprinos modelu iznosio je 36,06%, uz p-vrijednost od 0,004. Trajanje žarenja i interakcija temperature i trajanja nisu bili statistički značajni za ovaj odgovor. Ipak, model zatezne čvrstoće nije pouzdano obuhvatio ukupnu varijaciju: objasnio je 56,73% ukupne varijacije, dok je njegov predviđeni R-kvadrat iznosio samo 2,65%. Zato model ne treba smatrati preciznim alatom za predviđanje.
Za netretirane epruvete prijavljena je prosječna zatezna čvrstoća od 47,5 MPa. U tabeli rezultata za epruvete žarene na 130 °C tokom 210 minuta navedena je vrijednost od 56,3 MPa. U zaključku rada prijavljeno je maksimalno povećanje zatezne čvrstoće od 18,34%, uz napomenu da je model za ovo svojstvo bio nezadovoljavajući. Ove nalaze treba posmatrati zajedno: prijavljena su izmjerena poboljšanja, ali je pouzdanost prediktivnih mogućnosti modela ograničena.
Kod modula elastičnosti pri zatezanju, koji mjeri krutost pri zatezanju, model je objasnio 97,88% varijacije. Temperatura je doprinijela sa 95,86%; samo trajanje nije bilo statistički značajno, dok je interakcija temperature i trajanja bila značajna, ali je imala manji doprinos. U zaključku se navodi maksimalno povećanje modula elastičnosti pri zatezanju od 18,7%.
Kod savojne čvrstoće, odnosno otpornosti na opterećenje pri savijanju, temperatura je doprinijela sa 92,71% modelu. Trajanje i interakcija temperature i trajanja također su bili statistički značajni, ali je njihov doprinos bio manji. R-kvadrat modela iznosio je 96,68%. U radu se navodi da je najveća savojna čvrstoća postignuta pri 130 °C tokom 120 minuta. Najveća zabilježena vrijednost modula elastičnosti pri savijanju, mjere krutosti pri savijanju, iznosila je 5,6 GPa pri istim uslovima. U zaključku su navedena maksimalna povećanja od 30,85% za savojnu čvrstoću i 15,87% za modul elastičnosti pri savijanju.
Šta nalazi znače u praksi
Za razvoj proizvoda i proizvodnju funkcionalnih dijelova rezultati ukazuju na to da uslove žarenja treba odabrati prema svojstvu koje je važno za konkretnu primjenu. U ovom eksperimentu, 130 °C tokom 120 minuta bio je najbolji prijavljeni uslov za savojnu čvrstoću i modul elastičnosti pri savijanju. To ne znači da su isti uslovi optimalni za svaki dio od PET-CF-a, geometriju ili proizvodni proces. Nalazi se odnose na ispitani filament, parametre FDM printanja i oblik epruveta.
Studentima i istraživačima rad pokazuje zašto, uz prosječne rezultate ispitivanja, treba uzeti u obzir statističku značajnost i kvalitet modela. Statistički značajan faktor ne znači automatski da model pouzdano predviđa ishode. To je posebno važno za zateznu čvrstoću, za koju je predviđeni R-kvadrat bio veoma nizak. Zatezna i savojna ispitivanja predstavljaju različite uslove opterećenja, pa poboljšanje jednog odgovora ne treba automatski smatrati jednakim poboljšanjem svih funkcionalnih svojstava dijela.
Ograničenja i naredni koraci
U eksperimentu je korišteno pet epruveta za svaki uslov obrade. U radu se navodi da je potrebno više ponavljanja kako bi se poboljšala pouzdanost modela zatezne čvrstoće. Kao moguće uzroke njegovih slabih prediktivnih rezultata navode se i odstupajuće vrijednosti te nedosljedni uslovi hlađenja. Razlike u odnosu na specifikacije proizvođača pripisuju se razlikama u modelima printera, uslovima skladištenja filamenta i osjetljivosti PET-CF-a na vlagu.
U radu se predlažu daljnja istraživanja uticaja vlage, kontrolisanog hlađenja nakon žarenja i žarenja drugih FDM filamenata. Takva istraživanja mogla bi pomoći u razdvajanju uticaja stanja materijala, printanja i termičke obrade nakon printanja.
Zaključak
U ovom istraživanju žarenje je poboljšalo izmjerena mehanička svojstva FDM 3D printanog PET-CF-a, pri čemu je temperatura imala veći uticaj od samog trajanja. Najveće prijavljene vrijednosti savojne čvrstoće i modula elastičnosti pri savijanju postignute su pri 130 °C tokom 120 minuta. Za inženjerski dizajn, nalaze treba provjeriti na stvarnom dijelu i uz kontrolisano hlađenje, a model zatezne čvrstoće koristiti s posebnim oprezom.
| Autori rada | Adi Pandžić, Damir Hodžić, Ermin Demirović |
|---|---|
| Objavljeno u | 36th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation, 2025, pp. 0082–0094 |
| Datum objave | 16. decembar 2025. |
| DOI | 10.2507/36th.daaam.proceedings.011 |
| Cijeli rad | researchgate.net |
Česta pitanja
Koja temperatura žarenja dala je najbolje rezultate za PET-CF?
Za savojnu čvrstoću i modul elastičnosti pri savijanju, najbolji rezultat u radu prijavljen je pri 130 °C tokom 120 minuta. Temperatura je bila glavni faktor uticaja, ali optimalni uslovi mogu zavisiti od dijela i proizvodnih uslova.
Za koliko je žarenje povećalo savojnu čvrstoću PET-CF-a?
U zaključku rada prijavljeno je maksimalno povećanje savojne čvrstoće od 30,85%. Najveća savojna čvrstoća zabilježena je nakon žarenja na 130 °C tokom 120 minuta.
Kako su ispitivane epruvete od PET-CF-a?
Zatezno ispitivanje provedeno je prema standardu ISO 527-2, a savojno prema standardu ISO 178. Korištena je mašina Shimadzu AGS-X, pri brzini pomaka poprečne glave od 5 mm/min.
Tekst je napisan na osnovu objavljenog naučnog rada; za detalje i citiranje koristite originalni rad. O autoru
