В настоящее время в связи с обстановкой в мире во многих отраслях производства наблюдается проблема с поставкой запасных частей для оборудования и не только. В ситуации, когда поставка оригинальных деталей невозможна или занимает слишком длительный срок, например, поставка какого-либо кронштейна, критически необходимого для работы МРТ-аппарата, необходимо иметь возможность изготовить деталь самостоятельно. Зачастую, к деталям выставляются дополнительные требования, например: работа в сложных климатических условиях (с большой амплитудой температур, с низкими / высокими температурными минимумами и максимумами), работа в средах с сильными магнитными полями и прочее.

Все такие особенности нам необходимо учитывать при разработке и производстве своих изделий. Кроме этого, не стоит забывать про прочность.

Давайте проведём исследование зависимости прочностных характеристик от различных факторов (тип материала, плотность внутреннего заполнения, направление укладки слоёв), а также представление графиков зависимости прочности от изменяющегося параметра. С целью сделать результат исследования более точным, предположим, что необходимые для корректной печати параметры, а именно температура сопла и нагревающего стола, поток, скорость работы вентилятора обдува были откалиброваны, а также «шаблон» заполнения и количество стенок не менялись («сетка» и 3 соответственно).

Мною был выбран один из наиболее доступных на рынке пластиков для FDM-печати материал – PET-G-пластик компании Bestfilament (Производство: Россия).

Рис.1. Тестовая модель
Рис.1. Тестовая модель

 

Рис. 2. Чертёж тестовой модели
Рис. 2. Чертёж тестовой модели

Произведена печать 27 тестовых моделей, отличающихся направлением слоёв (параллельно основанию, перпендикулярно и под наклоном 45°) и плотностью заполнения (20…100% с шагом 10%). Деталь после нарезки в слайсере (использовалась Cura 5.1) изображена на рис. 3.

Рис. 4. Тестовая модель после нарезки на слои
Рис. 4. Тестовая модель после нарезки на слои

При проведении экспериментов использовалась Испытательная машина фирмы "Метротест" РЭМ-50-1-1, измеряющая нагрузку (в кН), время (в с) и деформацию (в мм). Каждая деталь прошла тест на прочность (процесс можно увидеть на рис. 4).

Рис. 4. Проведение эксперимента
Рис. 4. Проведение эксперимента
Рис. 5. Графики зависимости деформации (мм) от прикладываемого усилия (%) при горизонтальном направлении слоёв
Рис. 5. Графики зависимости деформации (мм) от прикладываемого усилия (%) при горизонтальном направлении слоёв

Резкий срыв графика означает, что деталь сломалась.

Графики зависимости прочности детали в зависимости от плотности заполнения и направления слоёв представлены на рис. 7.

Рис.7. Зависимость усилия «на слом» (кН) от плотности заполнения (%) при различных направлениях слоёв
Рис.7. Зависимость усилия «на слом» (кН) от плотности заполнения (%) при различных направлениях слоёв

Исходя из графиков, делаем вывод, что зависимость прочности от плотности заполнения близка к линейной. Также, направление укладки слоёв заметно влияет на необходимое для повреждения усилие; деталь, слои которой направлены параллельно вектору прикладываемого усилия, прочнее остальных в 1.6 раза.

Комментарии (10)


  1. max851
    10.07.2023 08:36
    +2

    Ваш заголовок кричит на меня!
    А статья интересная.


    1. max851
      10.07.2023 08:36

      О, прикольно. +2 а коментариях, -8 в карму. Я серйозно не понимаю почему. Минусующие, можете прояснить позицию ? ( Я Капс в заголовку воспринимаю Как крик, да сейчас уже пофикшено)


    1. LeIIIKeC
      10.07.2023 08:36

      Спасибо, старался) Проводил для АБС такое же исследование - результат схожий


  1. MountainGoat
    10.07.2023 08:36
    +1

    Я делал такие же тесты, правда не прибором сертифицированным, а кухонными весами. В общем получил те же выводы, но с одной оговоркой: 100% заполнение работает хуже, чем 90%. Моя теория: из-за излишнего депозита материала появляются внутренние расслаивания.

    И отсюда вывод: как минимум на Cura и Simplify3D если хочется сделать цельнолитую детальку, особенно мелкую, то надо заполнение ставить ноль. А вместо этого количество донных слоёв устанавливать в 100500. Оба слайсера используют паттерн движения, который позволяет разглаживать соплом нижние слои и тем самым устранять дефекты. А для заливки этого не делают.

    А для крупной детали лучше напечатать стенки в один слой и залить чем-нибудь. Эпоксидку никто не отменял, но мой рабочий рецепт - 50% медицинского гипса + 50% жидкого клея. Дёшево и надёжно, при этом очень глухой звук если постучать, будто там прямо камень.


    1. Tiriet
      10.07.2023 08:36

      альтернативное объясение того, почему на 90% прочность выше, чем на 100%: внутренние расслаивания идут и там и там, просто в 90% заполнении есть внутренние стопоры этих расслаиваний, а в 100% заполнении таких стопоров намного меньше и расслоение происходит быстрее и проще.

      Объяснение: материал довольно пластичный, поэтому разрушается за счет растрескивания в объеме (в отличие от стекла, которое разрушается по одной-двум магистральным трещинам мгновенно, и от металлов, которые разрушаются за счет всяких пластических течений почти без трещин). Основной источник трещин- межслоевая адгезия, в самом слое трещин нет (или почти нет). Когда начинается формирование межслоевых микротрещин то при 90% эти трещины быстро выходят на внутренние пустоты и рост микротрещины прекращается (один из способов борьбы с трещинами в металле- это засверлить в вершине трещины отверстие- и все, дальше трещина не идет, а тут просто трещина выходит на внутреннюю пору и останавливается), как следствие- микротрещины растут медленнее и разрушение происходит позднее. В сплошном материале механизма сдерживания роста микротрещин нет и они раскрываются быстрее и полнее.


    1. Tiriet
      10.07.2023 08:36

      и еще- для пластиков типа ABS, PLA, PCL и вообще растворимых пластиков стойкость изделий на удар и на изгиб очень сильно повышается после выдержки в парах растворителя, например- над ванночкой с горячим ацетоном. межслоевые дефекты зарастают и межслоевая адгезия резко вырастает- и изделие в целом становится гораздо "прочнее" в бытовом плане.


  1. Tiriet
    10.07.2023 08:36
    +5

    у Вас довольно "грязный" эксперимент: Вы сделали "галочку" и прессуете ее. В вершине этой галочки у Вас получается так называемый "концентратор напряжений"- то есть, локальный уровень напряжений в этой области намного (разика в три!) превышает средний уровень напряжений в изделии. Плюс в этой области у Вас напряжения сильно неоднородные и быстро спадают, и они в этой области растягивающие, а выше этой галочки у Вас давит пресс, создавая сжимающие напряжения. Рассматривать такое нагружение как показатель прочности материала (материала в целом! а не отдельной детали в отдельно взятых условиях нагружения)- это довольно спорное занятие. Как пример- попробуйте определить прочность углеволокна на вашем прессе- получите, что оно вообще не сопротивляется сжатию, и материал этот- ну просто полная фигня. Но углеволокно предназначено для работы на растяжение при однородной нагрузке и держит это растяжение получше стали! поэтому и есть стандартные испытания лопаток стандартной формы- и в этих стандартных испытаниях определяется прочность на растяжение, прочность на сжатие, прочность на изгиб, и куча других. Есть специальные испытания на сдвиг и на трещиностойкость. потому что это все разные режимы нагружения, которые реализуются в разных условиях и материал, прекрасно устойчивый к одному типу нагружения может быть вообще никакой в другом типе нагружения. Алмаз твердый, и режет латунь, но если по алмазу ударить латунным молотком- то алмаз расколется, а молоток- останется целым, но покоцаным. Вы какую прочность-то меряли?


  1. SuperTEHb
    10.07.2023 08:36
    +2

    Что означают цвета на первом графике?


    1. LeIIIKeC
      10.07.2023 08:36

      Каждый цвет означает свой процент заполнения)


  1. xSVPx
    10.07.2023 08:36
    +2

    Погуглить в Ютубе видео от фаблаб, это из бауманки по-моему люди.

    Просто, чтобы понимать как надо оформлять подобные посты...