Оцінка впливу параметрів процесу Fused Deposition Modelling на пористість надрукованих деталей

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/2521-1943.2024.8.3(102).311016

Ключові слова:

Fused Deposition Modelling, гідростатичне зважування, параметри процесу, пористість, регресійна модель, дисперсійний аналіз

Анотація

Моделювання методом наплавлення (FDM) — це технологія адитивного виробництва, яка швидко набирає популярність завдяки можливості виготовляти деталі складної форми за короткий час. Однак деталі, створені за допомогою FDM, мають пористість, яка виникає внаслідок процесу друку. Механічні властивості надрукованих деталей залежать від режимних параметрів процесу FDM та пористості. В дослідженні вивчається вплив режимних параметрів процесу FDM на пористість деталей, створених FDM. Результати дослідження показують, що правильно підібрані режимні параметри процесу FDM можуть зменшити пористість деталей. Встановлення впливу режимних параметрів процесу FDM на пористість виконано на основі аналізу дев’яти змінних параметрів процесу: висота шару, температура екструзії, швидкість друку, екструзійний множник, температура платформи, схема заповнення, ширина укладання нитки, кількість стінок, кількість суцільних верхніх і нижніх шарів. Вимірювання пористості зразків виконано на основі методу гідростатичного зважування. За допомогою дисперсійного аналізу встановлено статистично значущі фактори та їх комбінації, що впливають на пористість деталей. Встановлено, що на пористість деталей найбільший вплив має екструзійний множник. Суттєвий вплив на формування пористості має схема заповнення, висота шару, швидкість друку, кількість стінок, кількість суцільних верхніх та нижніх шарів та їх взаємодії. Отримана регресійна модель, дозволяє прогнозувати пористість деталей, яка досягається при різному поєднанні параметрів процесу FDM.

Посилання

  1. Q. Sun, G. M. Rizvi, C. T. Bellehumeur and P. Gu, “Effect of processing conditions on the bonding quality of FDM polymer filaments”, Rapid Prototyping Journal, vol. 14, no. 2, pp. 72–80, Mar. 2008. DOI: https://doi.org/10.1108/13552540810862028.
  2. M. P. Serdeczny, R. Comminal, D. B. Pedersen and J. Spangenberg, “Numerical prediction of the porosity of parts fabricated with fused deposition modeling“, in Proceedings of the Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, United States, 2018, pp. 1849–1854.
  3. T. D. Ngo, A. Kashani, G. Imbalzano, K. T. Q. Nguyen and D. Hui, “Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges”, Composites Part B: Engineering, vol. 143, pp. 172–196, Jun. 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012.
  4. O. A. Mohamed, S. H. Masood and J. L. Bhowmik, “Optimization of fused deposition modeling process parameters: a review of current research and future prospects”, Adv. Manuf., vol. 3, no. 1, pp. 42–53, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s40436-014-0097-7.
  5. C. Ziemian, M. Sharma and S. Ziemian, ”Anisotropic Mechanical Properties of ABS Parts Fabricated by Fused Deposition Modelling”, in Mechanical Engineering, InTech, 2012, pp. 159-180. DOI: https://doi.org/10.5772/34233.
  6. L. Li, Q. Sun, C. Bellehumeur and P. Gu, “Composite Modeling and Analysis for Fabrication of FDM Prototypes with Locally Controlled Properties”, Journal of Manufacturing Processes, vol. 4, no. 2, pp. 129–141, Jan. 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S1526-6125(02)70139-4.
  7. A. Dey and N. Yodo, “A systematic survey of FDM process parameter optimization and their influence on part characteristics”, JMMP, vol. 3, no. 3, p. 64, Jul. 2019. DOI: https://doi.org/10.3390/jmmp3030064.
  8. P. H. M. Cardoso, R. R. T. P. Coutinho, F. R. Drummond, M. do N. da Conceição and R. M. da S. M. Thiré, “Evaluation of printing parameters on porosity and mechanical properties of 3d printed PLA/PBAT blend parts”, Macromolecular Symposia, vol. 394, no. 1, p. 2000157, Dec. 2020. DOI: https://doi.org/10.1002/masy.202000157.
  9. S. Adanur and A. Jayswal, “Additive manufacturing of interlaced fibrous structures”, Rapid Prototyping Journal, vol. 27, no. 4, pp. 671–681, 2021.
  10. M. P. G. Chandrashekarappa, G. R. Chate, V. Parashivamurthy, B. S. Kumar, M. A. N. Bandukwala, A. Kaisar, K. Giasin, D. Y. Pimenov and S. Wojciechowski, “Analysis and Optimization of Dimensional Accuracy and Porosity of High Impact Polystyrene Material Printed by FDM Process: PSO, JAYA, Rao, and Bald Eagle Search Algorithms”, Materials, vol. 14, no. 23, p. 7479, Dec. 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14237479.
  11. Z. Abidin, M. Yanis, M. Z. Kadir, Astuti, A. T. Prakoso, E. Syahrizal, A. Syahrom and H. Basri, “Optimization of FDM 3D printing process parameter for improving porosity accuracy of PLA scaffold”, in Proceedings of the 4th Forum in Research, Science, and Technology (FIRST-T1-T2-2020), Palembang, Indonesia, 2021. DOI: https://doi.org/10.2991/ahe.k.210205.028.
  12. I. Buj-Corral, A. Bagheri and M. Sivatte-Adroer, “Effect of Printing Parameters on Dimensional Error, Surface Roughness and Porosity of FFF Printed Parts with Grid Structure”, Polymers, vol. 13, no. 8, p. 1213, Apr. 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/polym13081213.
  13. M. P. G. Chandrashekarappa, P. Krishna and M. B. Parappagoudar, “Squeeze casting process modeling by a conventional statistical regression analysis approach”, Applied Mathematical Modelling, vol. 40, no. 15–16, pp. 6869–6888, Aug. 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2016.02.029.
  14. Properties ABS+ MonoFilament. Available at: https://monofilament.com.ua/ua/products/standartnye-materialy/abs-plus.
  15. L. Hurina, Y. Vyshnepolskyi, D. Pavlenko and D. Stepanov, “Investigation of the Printing Parameters Influence on the Bond Lines Length in Fused Filament Fabrication”, in 2020 IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), Sumy, Ukraine, 2020, pp. 02SAMA07-1-02SAMA07-5. DOI: https://doi.org/10.1109/NAP51477.2020.9309668.

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-09-30

Як цитувати

[1]
Л. Тумарченко і Є. Вишнепольський, «Оцінка впливу параметрів процесу Fused Deposition Modelling на пористість надрукованих деталей», Mech. Adv. Technol., т. 8, вип. 3(102), с. 302–309, Вер 2024.

Номер

Том 8 № 3(102) (2024)

Розділ

Прогресивна техніка і технології машинобудування

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Лариса Тумарченко, Євген Вишнепольський

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.