Исследование свойств анизотропных материалов , полученных способом 3d-печати

Всем привет! Публикую мою статью из сборника Математическое моделирование в естественных науках (Материалы XXV Всероссийской школы-конференции молодых ученых и студентов).

Моя работа будет посвящена исследованию физико-механических характеристик полимерных материалов, а точнее уже напечатанных на принтере деталей. Все знают, что механическое напряжения для изотропного тела это:

где Q – механическое напряжение; F – сила, возникающая в теле при деформации; S – площадь тела. Также известно, что для литого образца ABS пластика P =1,8 кН, для литого образца PLA пластика P = 2,6 кН.

Как будем испытывать? Я начал с испытаний на разрыв. На рис. 1 показана деталь и в какие стороны будем рвать.

Рис. 1. Схема нагружения 3Dпечатного образца в эксперименте

Результаты измерений на установке для растяжения плоских образцов

Смоделировал я это в САПР «Компас V16», затем подготавливил к печати в ReplicatorG 0040 со следующими параметрами: слой 0,3 мм, температура сопла 215 °С, температура подложки 50 °С, скорость – 40 мм/с, алгоритм генерации заполнения – 100 %, от середины к краю слева-направо и от центра к краям (стандартная для данного слайсера). Были напечатаны как горизонтально ориентированные образцы, так и вертикально ориентированные, причем лучший результат показали горизонтальные. Печатал соплом 0.4, большим слоем и в частично термоизолированной камере (Wanhao Duplicator 4). Картина поверхности 3D-печатного образца на рис. 2:

Рис. 2. Картина поверхности 3D-печатного образца

Поскольку 3D-печатный образец анизотропен, то обычные формулы дисциплины сопротивления материалов не применимы к таким образцам. С учетом особенностей FDM-технологии печати была разработана следующая теоретическая модель: расчёт 3Dпечатного образца как сумма конечных слоев двух типов: полимерного и адгезивного между полимерами, причем известно, что разрушение образца когезионное, т.е. происходит в критических точках или в массе, где влияние поверхности раздела не ощущается. Также известно, что прочность адгезии зависит от ее типа, площади контактирующих поверхностей, поверхностных характеристик веществ.

В общем, свои эксперименты я буду продолжать дальше, а в комментарии пишите, какие бы гипотезы можно проверить.