Исследование прочностных характеристик изделий, полученных методом 3D-печати из PLA

В современном машиностроении, наряду со снижением металлоемкости конструкций, главной задачей  является повышение надежности и долговечности деталей, узлов механизмов. Эта проблема никогда не утрачивает своей актуальности в связи с постоянно возрастающими требованиями к изготовлению изделий, с необходимостью экономии дефицитных дорогостоящих металлов и сплавов и, как следствие, замены их на экономически более выгодные варианты. Один из самых перспективных, с точки зрения экологии, способов замены металлов – использование в конструкциях узлов пластиков, в частности полимолочной кислоты (PLA). PLA – это биоразлагаемый термопластик, применяемый в 3D-печати. В статье представлены результаты экспериментального исследования на разрыв образцов, полученных методом 3D-печати из PLA при различных технологических режимах работы 3D-принтера.  В качестве варьируемых параметров были выбраны: форма заполнения образцов (треугольник, шестигранник (соты), линия, ребро), температура сопла (190–205 °С), коэффициент заполнения образца (от 10 до 40 %). Испытания образцов на разрыв проводили на гидравлической разрывной машине с измерительным программным комплексом в комплекте Kason WDW-5. При выполнении испытаний основным выходным показателем считали условный предел текучести. Анализ экспериментальных данных показал существенное влияние изучаемых технологических параметров на условный предел текучести, который изменялся от 16,50 до 22,42 МПа. В процессе исследований определены наиболее рациональные формы и коэффициент заполнения образцов, а также температура сопла при печати PLA.

1. Зленко, М. А. Аддитивные технологии в машиностроении / М. А. Зленко, А. А. Попович, И. Н. Мутылина. СПб.: Изд-во политех. ун-та, 2013. 222 с.

2. Савченя, А. А. Исследование влияния технологических параметров 3D-печати PLA-пластиком на механические характеристики изделий / А. А. Савченя, А. И. Ермаков // Мировая экономика и бизнес-администрирование малых и средних предприятий: материалы 16-го Междунар. науч. семинара, проводимого в рамках 18-й Междунар. науч.-техн. конф. «Наука – образованию, производству, экономике», 26 марта 2020 г. Минск: Право и экономика, 2020. С. 231–232.

3. Валетов, В. А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы) / В. А Валетов. СПб.: Ун-т ИТМО, 2015. 63 с.

4. Малевич, Д. М. Перспективы развития аддитивных технологий в Республике Беларусь / Д. М. Малевич // Стратегические направления социально-экономического и финансового обеспечения развития национальной экономики: материалы II Междунар. науч.-практ. конф., г. Минск, 27–28 сент. 2018 г. / редкол. В. В. Пузиков [и др.]. Минск, 2018. С. 275–276.

5. Ермаков, А. И. Утилизация тары и упаковки / А. И. Ермаков. Минск: БНТУ, 2017. 194 с.

6. Experimental Determination and Comparative Analysis of the PPH030GP, ABS and PLA Polymer Strength Characteristics at Different Strain Rates / M. Yu. Zalohin [et al.] // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 3. C. 233–239. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-3-233-239.

7. Cantrell, J. Experimental Characterization of the Mechanical Properties of 3D-Printed ABS and Polycarbonate Parts / J. Cantrell // Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics, Proceedings of the 2016 Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics. 2016. No 3. Р. 89–105. https://doi.org/10.1007/978-3-319-41600-7_11.

8. Influence of Structure on Mechanical Properties of 3D-Printed Objects / T. Galeta [et al.] // Procedia Engineering. 2016. No 149. P. 100–104. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.644.

9. Failure Analysis and Mechanical Characterization of 3D-Printed ABS with Respect to Layer Thickness and Orientation / B. Rankouhi [et al.] // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2016. Vol. 3, No 16. P. 467–481. https://doi.org/10.1007/s11668-016-0113-2.

10. Effect of Process Parameters on Dynamic Mechanical Performance of FDM PC/ABS Printed Parts Through Design of Experiment / O. A. Mohamed [et al.] // Journal of Materials Engineering and Performance. 2016. Vol. 25, No 7. P. 2922–2935. https://doi.org/10.1007/s11665-016-2157-6.

11. Технология аддитивного производства, моделирование и управление качеством процесса послойного синтеза / А. В. Чабаненко [и др.]. СПб.: ГУАП, 2018. 137 с.

12. Пластмассы. Метод испытания на растяжение (с Изменением № 1): ГОСТ 11262–80. Введ. 01.12.1980. М.: Госстандарт СССР, 1980. 8 с.

13. Третьякова, А. А. Кукуруза как основное сырье для про-изводства PLA-пластика / А. А. Третьякова, В. А. Ерма-кова, А. И. Ермаков // Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции: материалы 5-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Минск, 25–26 марта 2021. Минск: БГАТУ, 2021. С. 74–76.

14. Третьякова, А. А. Влияние температурных режимов 3D-печати на характеристики изделия / А. А. Третьякова, А. И. Ермаков // Мировая экономика и бизнес-администрирование малых и средних предприятий: материалы 17-го Междунар. науч. семинара, проводимого в рамках 19-й Междунар. науч.-техн. конф. «Наука – образованию, производству, экономике», 25–26 марта 2021 г. Минск: Право и экономика, 2021. 213 с.

15. Ермаков, А. И. Применение 3D-печати в кондитерском производстве / А. И. Ермаков, С. В. Чайко // Наука – образованию, производству, экономике: материалы 15-й Междунар. науч.-техн. конф. 70-й Науч.-техн. конф. проф.-препод. состава, науч. работников, докторантов и аспир. БНТУ: в 4 т. Минск: БНТУ, 2017. Т. 4. С. 503.

16. Разработка 3D-принтера для образовательных учреждений / А. И. Ермаков [и др.] // Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции: сб. ст. III Междунар. науч.-практ. конф., г. Минск, 23–24 марта 2017 г. / редкол. В. Я. Груданов [и др.]. Минск: БГАТУ, 2017. С. 426–428.