Total-Pro и Aerotex - результаты лабораторных испытаний.

Подписаться на 3Dtoday
Filamentarno
Идет загрузка
Загрузка
18.05.18
1778
26
Расходные материалы
27
Можно долго теоретизировать и строить догадки насколько материалы прочны или термостойки. Подойдут ли они для тех или иных нужд или все это лишь "фантазии разработчиков"? Частенько в комментариях к тем или иным нашим (и не только) публикациям слышалось: "Зачем они вообще добавили в этот полимер углеволокно, ведь оно там не нужно, да и вообще все это... "
Мы сознательно не вступали в подобные дискуссии, так как в этом не было никакого смысла. Мы поступили по-другому - обратились к независимым исследователям. Таковыми выступила лаборатория "Метаклэй", являющаяся резидентом инновационного центра Сколково.
Нам были нужны цифры. И не просто цифры, а такие, которые можно было бы сравнить с другими.
fa87ff906cbc37a7644a38e30f67e6ee.jpg
Итак, вводные данные:
Исследовались образцы, напечатанные на 3D принтере из двух композитов нашего производства: Aerotex и Total-Pro.
Форма образцов соответствовала ГОСТ 11262, Тип 2.
Все бразцы были напечатаны с одного G-Code на одном принтере, менялась лишь температура печати и подача материала для AEROTEX (230с для TOTAL-Pro, 240С и подача 0.8 для AEROTEX и 235С для ABS). Сопло 0.6, слой о.2, скорость печати 80мм/с.

Проводились следующие испытания:
  1. Максимальная прочность при разрыве [Мпа]
  2. Относительное удлинение при разрыве, %
  3. Модуль упругости при растяжении, [Мпа]
  4. Твердость по Шору D
  5. Плотность гидростатическим взвешиванием, [г/см3] (ГОСТ 15139 этиловый спирт)
  6. Температура размягчения ВИКА тест. (ГОСТ 15088 Скорость нагрева 50 С/ч Нагрузка 10Н)


166a76bc10900b72d0d9c913f35a78aa.jpg
По понятным причинам распечатки обладают меньшей прочностью, чем отлитые из тех же полимеров образцы. Насколько? Чтобы понять это мы взяли чистый без добавок и красителей ABS марки Terluran®, экструдировали из него пруток и напечатали из него ровно такие же образцы.
Всякий производитель полимеров прикладывает к своей продукции так называемый "даташит" (TDS), который содержит результаты исследований для конкретной марки полимера.
Понятно, что более всего распечатки отличаются от отливок по таким параметрам, как нагрузка при разрыве и относительное удлинение при разрыве - именно эти параметры и были изучены для ABS. Таким образом мы получили сравнительный результат, по которому можно судить насколько меньше прочность распечатанного нами образца относительно изготовленного по ГОСТ методом литья под давлением.
c82561807c079e06277b9c6cf5ef28c7.jpg
Графики для ABS:
4c13312edbb7a9708b83e9a8949bb790.JPEG
Коротко для ABS:

Максимальная прочность при разрыве:
- из TDS производителя ABS: 44МПа
- полученная испытанием распечатанного образца: 39.2МПа

Итого, разница составила примерно 12% И это довольно занимательная информация! Мы даже задумались о том, чтобы начать делать этот ABS, благо, выяснилось, что он очень слабо пахнет и печатать им довольно приятно :)

Относительное удлинение при разрыве:
- из TDS производителя ABS: 2.4%
- полученная испытанием распечатанного образца: 4%

Тут разница получилась довольно ощутимой, чего и следовало ожидать - разрушение 3D печатного образца происходит не мгновенно, а по частям, начинаясь с расслоения, и сильно зависит от дефектов печати.

Теперь к самому интересному!

cf6abb28f2665887e58f120529689c30.jpg
Графики для AEROTEX:
e03efb86e10e27366e147f0bc148b501.JPEG

Коротко по всем исследованным параметрам для AEROTEX:


1. Максимальная прочность при разрыве - 51Мпа

2. Относительное удлинение при разрыве - 3.6%

3. Модуль упругости при растяжении - 2440 (+-55) Мпа

4. Твердость по Шору D - 72 (+-1)

5. Плотность гидростатическим взвешиванием - 0,819±0,002 г/см3
(ГОСТ 15139 этиловый спирт)

6. Температура размягчения ВИКА тест. - 123.6 - 137.8С
(ГОСТ 15088 Скорость нагрева 50 С/ч Нагрузка 10Н)

*Хоть комментарии и излишни, но следует обратить внимание на плотность.
Температура размягчения дала довольно большой разброс из-за особенностей 3Dпечатной структуры и использованного оборудования.
bbcc17db1f724b874774dd0656428353.jpg
Теперь к TOTAL-Pro:

100c2c03806af11cb677978dbd24a594.JPEG
Коротко по всем исследованным параметрам для TOTAL-Pro:

1. Максимальная прочность при разрыве - 46.7Мпа

2. Относительное удлинение при разрыве - 14%

3. Модуль упругости при растяжении - 1648 (+-55) Мпа

4. Твердость по Шору D - 68 (+-1)

5. Плотность гидростатическим взвешиванием - 1,157±0,002г/см3
(ГОСТ 15139 этиловый спирт)

6. Температура размягчения ВИКА тест. - 114.2 - 129.3С
(ГОСТ 15088 Скорость нагрева 50 С/ч Нагрузка 10Н)

*Относительное удлинение при разрыве - показатели имеют довольно большой разброс из-за особенностей разрушения 3D печатного образца.
Температура размягчения так же дала довольно большой разброс из-за особенностей 3Dпечатной структуры и использованного оборудования.
PREVIEW
332c036eec5703cedddad685d8a40909.jpg


Сводный отчет лаборатории "Метаклэй"
f78b33331893b860e04531e71ef46249.jpg
ca2afa592fc903f13b7cc4ab81b649ef.JPG

Найти результаты исследований пластиков других производителей и сравнить данные довольно просто - каждый сможет справиться с этим самостоятельно, благо, статьи есть в свободном доступе тут, на нашем любимом 3Dtoday и на сайтах самих производителей.

Желаем вам приятных и нескучных выходных!
С уважением, команда Filamentarno!
www.filamentarno.ru
222a83a47e0f2acf7a3515d708d76137.jpg
=))
Подписаться на 3Dtoday
27
Комментарии к статье

Комментарии

18.05.18 в 16:48
8
Поздравляю с началом серьёзных лабораторных тестов! Так скоро мы и ГОСТ на пластики для 3D-принтеров наконец увидим ;-)
18.05.18 в 16:58
8
Те же мысли... Ибо нужен единый стандарт 3D-печатных образцов для испытания. Лопатки по ГОСТ увы не подходят - рвутся не там где положено и результаты нестабильны и в целом несколько хуже, чем могли бы быть. Для нас это хороший опыт. Из бесед с сотрудниками Метаклэй вынес для себя несколко ценных идей. Так что да - это только начало :)
18.05.18 в 20:24
0
Теперь хоть видно что и зачем и какой пластик. Все бы производители такие теплицы писали
18.05.18 в 20:49
0
Ещё бы CAE под FDM кто нибудь разработал, что бы эти параметры использовать, сейчас всё относительно в CAE расчётах для 3D печати FDM.
18.05.18 в 22:01
0
А в чем проблема? В Solid Edge (интегрированный решатель Nastran) все и так есть, если хочется большего Femap (все от Siemens) все отлично считается, просто данные для пластика правильные закладывайте и детали не будут ломаться.
18.05.18 в 22:20
2
Заполнение, слои, текучесть плаcтика при печати, температура печати и бывает, что одинаковые модели принтеров печатают по разному....
20.05.18 в 09:31
0
один и тот же принтер, одной катушкой, одну и туже модель печатает по разному, я бы даже так сказал
20.05.18 в 09:29
0
Скоро будет в CATIA, а потом и в др. продуктах, Дасо уже работают над этой проблемой совместно с боингом или аэробусом.
18.05.18 в 21:14
3
Отличная работа! Поздравления и благодарности.
Судя по картинке печатали их лежа.
А можно попросить сделать тест на разрыв тех же образцов, но отпечатанных не лежа плашмя на столе а стоя вертикально?
Ожидаемо что она (прочность) будет меньше и существенно, но при проектировании в CAE как раз лучше закладывать прочность в наихудшем направлении, потому как если деталь будет выдерживать в наихудшем, то в наилучшем выдержит и подавно, тогда полученные вами данные будут иметь практическое применение, а так они пока всего лишь цифры для справки.
624396a1d6d09e0ff9fa1d9cf5af55d2.png
18.05.18 в 21:16
0
Ну уж тогда не только на разрыв но и на сдвиг( срыв) и ещё чего-нибудь
18.05.18 в 21:50
4
да можно много еще на что, только зачем? практическая польза какая? а так, прочитаете у производителя что допустим 50 МПа, спроектируете например круглый болт (или шпильку) с площадью сечения 10мм2, планируя подвесить на него груз килограмм 300-400 (получается что должен выдержать аж 500), отпечатаете деталь, установите в изделие, нагрузите и.... как думаете выдержит отпечатанная вертикально круглая шпилька такую нагрузку? вот и я думаю, точнее предполагаю, а хочется не предполагать, а совершенно точно знать.
Я например знаю, что реальная прочность (по результату испытания приведенного образца) используемого мной SBS в таких условиях это 1.5МПа, заложив эти данные Solid Edge (решатель Nastran) спроектировал и изготовил уже не один десяток деталей, и пока ни одна не развалилась в ходе эксплуатации. Вот собственно и хочу иметь такие же данные и на эти пластики, тогда уж не знаю кому и как, а лично мне от этого будет конкретная не маркетинговая а чисто практическая польза для инженерных расчетов.
19.05.18 в 06:54
0
Присоединюсь, тесты неплохие, но они указаны для материала только в продольном направлении волокон, а при подготовке функциональных деталей также интересуют и минимальные параметры прочности/устойчивости. Можно ли воспроизвести эти тесты на разрыв со столбиками диаметром 10-15 мм?
Лопатки для такого теста считаю, что не очень подойдут, т.к. при их толщине свариваемость на периметре со свариваемостью слоев внутри будет оказывать существенное влияние.
19.05.18 в 10:52
0
Вы правы, 3д печатает заливки и периметры, в тонкостенной детали будут преобладать периметры, в толстостенной заливки. Стандартный разрывной образец позволяет оценить прочность детали с преобладанием в сечении периметров. Порвать столбик конечно можно, но для этого нужно будет разрабатывать машину, методику и стандарты (что конечно же хорошо бы, и когда-то да будет, но 3д молодая индустрия и пока их нет), а под плоский образец все есть, и разрывные машины и методики. Но здесь предложу подойти так: несомненно что столбик покажет несколько более лучшие результаты чем пластина, но нужны ли эти цифры? Что добавит их знание? Но наврятли кто то массово делает детали цельными стенками в 10мм и более (такие детали наверно уже разумнее лить, а для литья все есть). Кроме того, опять же, если мы будем знать прочность для вертикально печатанной пластины - худший случай для 3д, то этого уже достаточно, так как используя это значение в прочностном расчете мы будем получать заведомо работоспособные детали.
19.05.18 в 08:16
0
Таких тестов проводить, разумеется, не будут. Результаты окажутся слишком плохими. Хотя , вероятно, уже провели, но результаты не публикуются.
19.05.18 в 16:34
1
Результаты, понятно, будут сильно отличаться от прочности на продольный разрыв. Но там нюанс: прочность по слоям будет зависеть сильно от толщины слоя, обдува и прочего в таком. Т.е. там можно сделать только приближенную оценку. Там даже печать на разных принтерах с формально одинаковыми настройками может дать большой разброс.
19.05.18 в 10:39
1
Осмелюсь предположить, коллега, что вы абсолютно правы, при продемонстрированном уровне подготовки думаю что тесты с разрывом образцов напечатанных вертикально они провели, но компания же коммерческая, им свой бизнес продвигать надо, направленность публикации явно маркетинговая (и маркетологи работают у них справедливо признать что хорошие, с профессиональной точки зрения отработано на 5 баллов, в обсуждениях возник информационный повод с тестами, он был оценен, оперативно отработан, и самое главное грамотно подан, но грамотно подан в маркетинговых, а не инженерных целях (кто платит деньги тот заказывает музыку)), для инженерных целей можно было ограничится публикацией цифр, но с картинками все выглядит куда привлекательнее однозначно. А для вертикальных образцов предположу что заявленные результаты надо делить на 10 а лучше 20.
Так как технология 3д и литья принципиально различны. Полимерные молекулы длинные, проходя через сопло они получают преимущественную ориентацию (а еще упрочняются при удлинении), а за вертикальную прочность изделия будет отвечать не прочность молекул и их запутанность а
чисто адгезия, сам углерод никакой особой прочностью на растяжение не обладает (пока графеновыми лентами печатать никто вроде не научился), именно по этому в эпоксидных пластиках перемежают углеродные и стеклонити, но в филамент стеклонить не добавить. Так же еще давайте вспомним химию что углерод хорошо активен, и его активность с температурой растет, нить после экструзии будет покрыта коркой окислов ухудшающих адгезию на порядок минимум (олово при пайке на поверхность металла покрытую окислами тоже прилипает плохо), при литье корка тоже есть но она не играет, а в 3д чем тоньше сопло тем больший процент объема нити займет корка, тем хуже будет прочность. По этой же причине некоторые красители существенно ухудшают прочностные качества филаментов (при экструзии окисляются кислородом воздуха на поверхности). В этой связи в перспективность углерод наполненных пластиков для 3д уж кто как, лично я вообще не верю (дома аргон поддувать в зону контакта врятли реалистично), тут нужно вводить специальные добавки препятствующие коксованию поверхности нити, но их нужно разрабатывать, причем видимо с нуля, так как для нужд литья их врятли кто-то разрабатывал ибо там этот процесс не играет особой роли, а для этого нужны серьезные химики и серьезные инвестиции, и пока рынок инженерных пластиков для 3д мал, врятли кто-то в это будет вкладываться и мы будем видеть пластики рожденные методом проб, а там уж как вышло. Что в общем тоже не плохо, 3д молодая индустрия и свои болезни роста она должна пройти. Но даже за ту работу что была проделана ребятам огромное спасибо и уважение, все бы производители делали хотя бы так и это уже что то.
19.05.18 в 22:58
2
Мне кажется ваш мозг в отрыве от вашей воли - играется в какую-то Коломбовскую конспирологию))
То что весь рынок был и является коммерческим, для большинства никакая не загадка, а переработанная годами очевидность. Ну вы ясно это понимаете и вы как маркетолог подготовили соус очевидного за тайное для разогрева, чтобы... чтобы просто выразить свои знания, которые изложены в центре вашего большого эссе про оксидные пленки и межслоевую адгезию.
Я совершенно не разбираюсь в цифрах того, что вы написали и совершенно без предьяв к сути вами изложенного. Только не понимаю, зачем это строить на костях и каком-то выдуманном факте.
Всё просто. Меж слоевая адгезия вещь капризная и ненадежная, как выше писали. Все владельцы FDM в курсе этого, если они себя именуют инженерами. Поэтому в тесты попадает то, что поддается прогнозам и оценке в цифрах. Если конструируемая вами деталь попадает на вертикальный слой в зону функциональных нагрузок + будучи эту деталь невозможно отпечатать иначе, ну вы же можете предусмотреть усиление или пересмотреть архитектуру вашего решения.
Чёто короче вы рассуждениями не туда зашли... Но вы можете естественно продолжить. Ведь если вам пересекают линию, то это утверждает вашу личную правоту. Да простят меня за троллинг.
20.05.18 в 09:31
2
Что за конспирология, блин! Для деревянных реек прочность поперек волокон принимается как 1/20 прочности вдоль. И никого не смущает - уже несколько сотен лет как...
20.05.18 в 09:43
2
А у сосны, например, растяжение еще круче - больше 80 при плотности 0.55. Но по факту, воспользоваться этим можно только если нагрузка однонаправленная. Потому что на сжатие всего 35 (и то - если shear web предотвращает потерю устойчивости!) - и при знакопеременных нагрузках приходится считать по худшему показателю.

Как у аэротеха, с его вспененной структурой, прочность на сжатие ? Если те же 50 - тогда круто!
20.05.18 в 18:45
1
Как у аэротеха, с его вспененной структурой, прочность на сжатие ?
Спасибо за мысль - надо проверить!
А у сосны, например,
Именно о дереве и были мечты при создании данного материала - 3D печатном, не гигроскопичном, изотропном по свойствам дереве. :)
В эту сторону и будем двигаться в развитии этого направления материалов.
20.05.18 в 13:21
0
Найти результаты исследований пластиков других производителей и сравнить данные довольно просто - каждый сможет справиться с этим самостоятельно, благо, статьи есть в свободном доступе тут, на нашем любимом 3Dtoday и на сайтах самих производителей.

Это шутка такая? можете тыкнуть носом в статьи, кто еще проводил испытания по госту и представлял результаты на суд общественности?
а чем вам не нравятся лопатки по госту? если только тем что рвутся не стабильно, так в угольных или стеклопластиковых тоже есть такая проблема.... даже в металлах из вторсырья. для того и нужны испытания....
меня удивил результат с чистым АБС! результат на 12% хуже( относительно литого образца), это не очень много. то есть я бы сказал что не существенно.
20.05.18 в 14:15
0
рек делал, остальные не знаю. много от исходного сырья же зависит. 12% че то да, неожиданно мало(
20.05.18 в 18:32
1
можете тыкнуть носом в статьи, кто еще проводил испытания по госту и представлял результаты на суд общественности?
Хорошо, помогу:

http://3dtoday.ru/blogs/u3print/overview-nylon-from-u3print/
http://3dtoday.ru/blogs/rec/rec-a-test-of-strength/
http://3dtoday.ru/blogs/bestfilament/test-for-rupture-of-plastics-from-bf/

а чем вам не нравятся лопатки по госту? если только тем что рвутся не стабильно
Они рвутся не там, где надо, а значит не в том месте, которое учитывается в расчетах, а в более слабом.
Но решение есть, в следующий раз будут напечатаны образцы, которые дадут стабильный результат. Опыт учтем )

меня удивил результат с чистым АБС!
Сами в шоке... Но факт остается только принять. И сделать выводы по ассортименту ))
20.05.18 в 21:36
0
кто во что горазд))). не скоро нам ГОСТа видать.....
странно что вы выбрали лопатку с заужением, для наполненных волокнами пластмасс она вроде прямая должна быть?
21.05.18 в 13:48
0
Вот как раз такие и будут впредь. С утолщением на несколько слоев в части под зажимы, чтобы не рвалось в губках.
22.05.18 в 16:03
0
Надо выборку больше брать и еще и станки(принтеры) разные применять. хорошо бы посмотреть как межслойно держит на разрыв, анизотропность изделий так сказать.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Втулка для разборной катушки от Greg

Нам и не снилось 05.12: Малогабаритный 3D CNC по дереву и алюминию, с приветом от 3DPN на BAMF'2018

катер ПГ - 117

3Dtoday за 60 секунд от 24 мая

MIT и BMW работают над 3D-печатными надувными автомобилями

Активное охлаждение экструдера Prusa i4 (боуден+директ в одном флаконе)