Какие параметры повысят прочность пластиковых 3D-изделий, выяснили ученые Пермского политеха
30.10.2023
В настоящее время 3D-печать изделий на основе послойного нанесения материала используется во многих областях промышленности. Существует много полимерных материалов, которые применяют для печати пластиковых деталей. Для улучшения жесткости, упругости и прочности изделия в полимер добавляют армирующие (укрепляющие) вещества – короткие или непрерывные волокна. 3D-композиты с такими добавками перспективны и экономически доступны. Однако из-за сложностей и особенностей микроструктуры материала механизм его разрушения не до конца изучен. Ученые Пермского политеха выяснили, как параметры изготовления и микроструктурные характеристики влияют на упругие и разрушающие свойства 3D-печатных полимерных образцов, укрепленных коротким волокном.
Статья с результатами опубликована в журнале «Polymers», 2023. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-10350).
Для исследования ученые использовали филамент (пластиковые нити) на основе АБС-пластика, который является одним из самых востребованных видов пластмассы. Данный полимер отличается высокой твердостью, износостойкостью, гибкостью, долговечностью, простотой изготовления и транспортировки. Материал легко окрашивать, и он универсален в использовании, что значительно расширяет сферу его применения. АБС-пластик активно используется для автомобильных запчастей, бытовой техники, электроники и медицинских приборов.
Для эксперимента ученые изготовили 3D-образцы в виде стержней из чистого АБС-пластика и АБС, армированного коротким волокном. Образцы напечатаны с разным углом заполнения (0° и 90°) и разным диаметром сопла (0,4 мм и 0,8 мм). Полученные изделия испытывали на растяжение, упругость, изгиб и исследовали их внутреннюю микроструктуру.
– Максимальная прочность стержней из АБС-пластика, армированного углеродными волокнами выше, чем у образцов из чистого АБС на 42% при печати соплом диаметром 0.4 мм и на 36% при печати соплом 0.8 мм. Исследование упругости изделий показало, что образцы с углом заполнения 0^° демонстрируют более жесткое поведение во всех случаях. А максимальное значение прочности образцов на изгиб получили при использовании сопла диаметром 0.8 мм для всех видов наполнения, – поделился доцент кафедры «Динамика и прочность машин» ПНИПУ, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» Михаил Ташкинов.
Изучение внутренней структуры образцов показало, что длина и ориентация коротких волокон влияют на упруго-механический отклик композитного материала, полученного аддитивным способом.
Ученые ПНИПУ доказали, что при изготовлении композиционных изделий, укрепленных коротким углеродным волокном, существенную роль играют как микроструктурные параметры, так и параметры производственного процесса и качество напечатанных образцов. Полученные данные повысят эффективность производства армированных 3D-печатных полимерных деталей.
Статья с результатами опубликована в журнале «Polymers», 2023. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-10350).
Для исследования ученые использовали филамент (пластиковые нити) на основе АБС-пластика, который является одним из самых востребованных видов пластмассы. Данный полимер отличается высокой твердостью, износостойкостью, гибкостью, долговечностью, простотой изготовления и транспортировки. Материал легко окрашивать, и он универсален в использовании, что значительно расширяет сферу его применения. АБС-пластик активно используется для автомобильных запчастей, бытовой техники, электроники и медицинских приборов.
Для эксперимента ученые изготовили 3D-образцы в виде стержней из чистого АБС-пластика и АБС, армированного коротким волокном. Образцы напечатаны с разным углом заполнения (0° и 90°) и разным диаметром сопла (0,4 мм и 0,8 мм). Полученные изделия испытывали на растяжение, упругость, изгиб и исследовали их внутреннюю микроструктуру.
– Максимальная прочность стержней из АБС-пластика, армированного углеродными волокнами выше, чем у образцов из чистого АБС на 42% при печати соплом диаметром 0.4 мм и на 36% при печати соплом 0.8 мм. Исследование упругости изделий показало, что образцы с углом заполнения 0^° демонстрируют более жесткое поведение во всех случаях. А максимальное значение прочности образцов на изгиб получили при использовании сопла диаметром 0.8 мм для всех видов наполнения, – поделился доцент кафедры «Динамика и прочность машин» ПНИПУ, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» Михаил Ташкинов.
Изучение внутренней структуры образцов показало, что длина и ориентация коротких волокон влияют на упруго-механический отклик композитного материала, полученного аддитивным способом.
Ученые ПНИПУ доказали, что при изготовлении композиционных изделий, укрепленных коротким углеродным волокном, существенную роль играют как микроструктурные параметры, так и параметры производственного процесса и качество напечатанных образцов. Полученные данные повысят эффективность производства армированных 3D-печатных полимерных деталей.
Марина Осипова © Вечерние ведомости
Читать этот материал в источнике
Читать этот материал в источнике
Синоптики прогнозируют похолодание до -17°C в Свердловской области
Среда, 27 ноября, 17.58
На домашний матч ХК «Автомобилист» можно будет принести корма для приютов
Среда, 27 ноября, 17.30
Митрополит Кульберг назвал дьявольским «чудом» поступок бывшего помощника
Среда, 27 ноября, 16.33