Испытываем на разрыв пластики от BF

Подписаться на 3Dtoday
Bestfilament
Идет загрузка
Загрузка
13.05.17
1863
5
печатает на UP Plus 2
Расходные материалы
19
Друзья, всем привет!

Мы знаем, что среди вас есть не только любители всевозможных практических аспектов 3D-печати, но и пытливые умы, которым интересна внутренняя кухня процесса с Большими Графиками и Кучей Данных. Если вы относитесь к этой категории читателей, то приглашаем в совместное путешествие в страну испытаний пластика на разрыв вместе с Bestfilament и нашим лучшим помощником в этой истории - испытательной машиной на разрыв Instron 3345.
Испытания проходили на базе международной лаборатории "Композиционные материалы и покрытия" Томского Политехнического университета.

А вот и сама испытательная машина.
8d9dd776f2b6280fa1b4da3e47a10f15.jpg
Рис. 1. Испытательная машина на разрыв Instron 3345
В забеге участвуют образцы из ABS, PETG, SBS (Watson), BFlex. Габариты каждого образца: 110x10x2 мм. Внутреннее заполнение деталей 70%.
fe0f0510ae27f80628a92d2042db7be6.jpg
Рис. 2. Полимерные образцы после испытаний
Само по себе испытание образца проходит максимально незатейливо. Образец фиксируется с двух сторон таким образом, чтобы база для растяжения составляла 20 мм, ну а дальше, как говорят в комедийном сериале, «ключ повернул, напор пошел». Скорость испытания всех образцов 50 мм/мин.
PREVIEW
Рис. 3. Фото испытаний образца из материала Watson BF

Результаты испытаний

Абсолютные величины результатов испытаний мало что скажут обычному пользователю, поэтому будем проводить исследование в сравнении образцов между собой. В качестве отправной точки для разговора выбираем ABS от BF.
37710732a9d99211d77117b981d2f647.jpg
Рис. 4. Фото испытания образца из материала ABS BF
В ходе исследования нас будут интересовать следующие параметры.

Максимальная нагрузка - максимальное значение нагрузки, которую требовалось приложить в ходе испытания для растяжения образца. Единица измерения: ньютоны.

Нагрузка при разрыве - значение величины нагрузки в момент разрыва образца. Единица измерения: ньютоны.

Максимальное удлинение при растяжении - разница между длиной образца в момент разрыва и длиной образца до испытаний. Напомним, что длина базы образца, подвергающегося испытанию составляет 20 мм. Единица измерения: милиметры.

Модуль Юнга - физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению. Иначе говоря напряжение, которое необходимо приложить для удлинения образца на единицу длины. Единица измерения: Па.

Предел текучести - механическая характеристика материала, характеризующая напряжение, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки. По сути это нагрузка, при которой в образце происходят необратимые пластические деформации.

Максимальное напряжение при растяжении.

Ниже приведен протокол испытания образца из материала ABS BF.
823753b98134051be08c6b8881c684be.jpg
Рис. 5. Протокол испытаний образца, изготовленного из материала ABS BF
На рисунке изображены графики зависимости напряжения при растяжении к удлинению. Первая точка графика характеризует предел текучести образца, вторая максимальную нагрузку а третья напряжение при разрыве.
Среднее удлинение образцов составило 2,49 мм, что составляет 12,45 %.
Испытания характеризуют ABS пластик как достаточно жесткий, прочный, слабо поддающий удлинению материал.

Далее испытания подверглись образцы, изготовленные из материала PETG BF. PETG характеризуется хорошей спекаемостью слоев и высокими прочностными характеристиками. Проверим так ли это, и насколько PETG прочнее (или нет), чем ABS.

Ниже приведено видео испытаний образца из PETG.
Ниже приведен протокол испытаний образцов, изготовленных из PETG BF.
72ff5a6d3ef489c0e694a8bdfb1b0cce.jpg
Рис. 6. Протокол испытания образцов из материала PETG BF
Проведем сравнительный анализ ABS и PETG.
Максимальная нагрузка на разрыв составила 0.77 кН, что примерно на 20% выше, чем у АБС.
Однако, образцы из PETG удлиняются примерно на 20-30% больше, а предел текучести и нагрузка при разрыве соответственно ниже. Это характеризует PETG как более пластичный, чем АБС на разрыв материал. Собственно благодаря хорошей этой пластичности, PETG способен выдержать большие нагрузки на разрыв.

Внимательные читатели заметят аномальное значение для четвертого образца в графе «предел текучести» - наглядное отражением факта, что даже незначительный артефакт печати может ощутимо повлиять на физические свойства изделия.Далее на очереди – некогда сверхсекретный и полный тайн Watson от BF (SBS полимер)
e76e86103510f7489441a79f4f309e73.jpg
Рис. 7. Фото испытания образца из материала Watson (SBS)
03426e68715e1fe94b4947f47573d3ff.jpg
Рис. 8. Протокол испытания образцов из материала Watson (SBS)
Как видим, прочностные характеристики SBS существенно уступают образцам выше.
Максимальная нагрузка на разрыв более чем в 3 раза меньше, чем у образцов из ABS.
Необратимые изменения в образцах происходят при значении напряжения порядка 4.5 МПа, что почти в 5 раз ниже значений аналогичного параметра из ABS.
Но при этом удлинение образца составляет более 100%.
Данные параметры характеризуют SBS-полимер как гораздо более пластичный и гибкий материал, чем ABS и PETG. Прочностные характеристики (при нагрузке на разрыв) не идут ни в какое сравнение ни с ABS ни тем более с PETG.
Таким образом применять SBS следует в случаях, когда требуется некоторая гибкость конечных изделий. Но при наличии различной механической нагрузки на конечное изделие SBS не сможет заменить конструктивные пластики, такие как ABS или PETG.

Последними испытанию подверглись образцы из гибкого материала BFlex
6ae1e9b466259b90c77c35373d26b68b.jpg
Рис. 9. Прокол испытания образцов из гибкого материала BFlex
Данный материал показывает удивительные способности к удлинению. Если предыдущие образцы мы удлинялина 20-30%, гибкий Watson на 100%, то удлинение Bflex составило около 1500%!
Модуль Юнга и предел текучести существенно ниже, чем у образцов выше. Материал хорошо тянется при относительно небольших нагрузках. Однако достаточно быстро наступают необратимые пластичные деформации.

Наши испытания не претендуют на абсолютную истину. Как было отмечено выше, даже небольшие артефакты печати серьезно влияют на результат измерения. Кроме того есть случайные ошибки измерения и т.д. Для получения достоверных численных измерений требуется проведения сотни испытаний однотипных образцов из одного материала и усреднение этих показаний.
Мы взяли по 5 образцов каждого материала. Считаем, что для качественного сравнения материалов между собой этого вполне достаточно.

В будущем мы планируем провести аналогичные испытания образцов одного материала, отпечатанные при различных режимах печати: разная температура, разное заполнение, разное расположение слоев. Таким образом можно будет выявить степень влияния режимов печати на прочность конечных изделий.
Напоминаем, что если у вас есть какие-либо вопросы, то вы можете связаться с нами любым удобным образом.

8-800-234-47-78
telegram: @bestfilament
https://vk.com/3dplastic
Подписаться на 3Dtoday
19
Комментарии к статье

Комментарии

14 Май 00:42
2
При этом интересно, что кронштейн косплейного крыла из абс у меня нагрузки не держал и рвался при относительно небольших нагрузках, а вот с кронштейнами из ватсона слабым звеном оказался уголок из стали 4мм :D
Так что в реальных изделиях все не так однозначно может быть.
14 Май 10:50
1
на мой взгляд, температура печати сильно сказывается на прочности конечного изделия из за того, что полимеры плохо переносят вторичную термо обработку (не литьё ж сравнивается)...

по этому эти графики сильно плоские, непонятно для какой температуры печати конкретного образца они справедливы...

да и у разных составов идеальная температура печати тоже разная будет... если делать по уму то хотябы с шагом в 5 градусов нужно весь диапазон жидкой фазы экструдирования нужно протестировать чтобы понимать как материалл себя ведёт при недо/пере-нагреве и в идеальной ситуации....
14 Май 15:44
0
При перегреве заметил что образцы меньше по слоям = более изотропны. Но это полностью бессмыслено, ведь производители свои партии каждый раз слегка разные делают)
14 Май 16:23
2
по этому все переходим на шоколадки =)))
15 Май 04:14
1
Почему сделали именно 70% заполнение?

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Сортировщик монет

Повышаем точность температуры хотэнда и полезно украшаем.

Террейн для варгейма (3): Энергетическая станция.

Шаговые двигатели ни на что не реагируют

Coming soon

Бесплатный Fusion360 (САПР)