Analysis of material properties in respect of material interior styles used in Fused Deposition Modeling

eng Artykuł w języku angielskim DOI:

wyślij Jakub Olszewski Industrial Research Institute for Automation and Measurements PIAP

Pobierz Artykuł

Abstract

Fused Deposition Modeling (FDM) is put in category of Rapid Prototyping methods and can be used to help introduce manufacturing projects or as a stand-alone manufacturing technology (Direct Digital Manufacturing). In both cases it is necessary to verify printout’s behavior under workload. This elaboration presents complete analysis of material properties in respect of material interior styles. FDM is an additive technology that builds horizontal layers of liquefied plastic material, one on each other, which leads to creation of a complete part. Work head is an extruder that is moved by a gantry type manipulator. It uses two types of plastic material, model and support (creates scaffolding that allows manufacturing of complex three-dimensional parts). Process management software (Insight) provided by Stratasys Inc. enables usage of various types of material interior styles. That has major influence on printing time and on material properties of a part. Diameter of distributed filament is specified by diameter of a tip installed on work head and that allows to create material layers of differentiated thickness, i.e. 0.127, 0.178, 0.254, 0.33 mm. Usage of a wider tip shortens production time but also limits ability to build detailed and complex parts. There are several types of material used in FDM nowadays. This article presents the complete analysis of material interior styles, created in respect of three types of materials - copolymer of Acrylonitrile, Butadiene and Styrene, polycarbonate and polyetherimide under the name of Ultem 9085.

Keywords

3D printing, flexural strength, fused deposition modeling, impact resistance, interior style, rapid prototyping, tensile strength

Analiza technologii Fused Deposition Modeling oraz wpływu wypełnienia detali tworzywem na ich właściwości wytrzymałościowe

Streszczenie

Technologia osadzania topionego materiału (FDM) zaliczana jest do metod szybkiego prototypowania i może być wykorzystywana jako pomoc przy wdrażaniu projektu produkcyjnego lub jako technologia wytwarzania. W obu przypadkach konieczne jest określenie sposobu zachowania się wydruku pod obciążeniem. Niniejsze opracowanie przedstawia analizę wpływu wypełnienia detali tworzywem na ich właściwości wytrzymałościowe. FDM jest technologią addytywną, polegającą na układaniu, jedna na drugiej, poziomych warstw upłynnionego tworzywa na platformie roboczej, co prowadzi do nabudowania kompletnego elementu. Głowica robocza jest wytłaczarką poruszaną przez manipulator w układzie bramowym. Wykorzystuje ona dwa rodzaje materiału, podporowy (tworzy rusztowanie umożliwiające wytworzenie skomplikowanych przestrzennie modeli) i budulcowy. W obu przypadkach oprogramowanie do obsługi procesu drukowania - Insight firmy Stratasys - umożliwia zastosowanie różnego rodzaju wypełnień, wpływających na czas drukowania, jak również na właściwości materiałowe detalu. Grubość nitki nakładanego tworzywa zależy wyłącznie od zastosowanej końcówki roboczej, co umożliwia rozprowadzanie warstw o grubościach 0,127, 0,178, 0,254 i 0,33 mm odpowiednio zmniejszając łączny czas procesu, co łączymy jednak z pogorszeniem zdolności odwzorowania niewielkich szczegółów w modelu. W technologii FDM stosowanych jest obecnie kilka materiałów. Niniejsze opracowanie przedstawia analizę wypełnień wykonaną w odniesieniu do trzech materiałów - kopolimeru akrylonitrylo-butadieno-styrenu o nazwie handlowej ABS M30, poliwęglanu i polietoroimidu o nazwie handlowej Ultem 9085.

Słowa kluczowe

drukowanie 3D, osadzanie topionego tworzywa, szybkie prototypowanie, udarność, wypełnienie, wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na zginanie

Bibliografia

  1. Garbarski J. (red.): Laboratorium materiałów i kompozytów niemetalowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.
  2. Young W.C., Budynas R.G.: Roark’s Formulas for Stress and Strain. McGraw-Hill Education - Europe, 2002.
  3. [www.fortus.com] - Fortus Home.
  4. [http://eu.redeyeondemand.com] - Prototype Manufacturers - Rapid Prototyping Service, Express Prototyping RedEye On Demand Prototyping