Proprietà di trazione di un campione di PLA stampato in 3D utilizzando la tecnologia FDM

I ricercatori studiano le proprietà di trazione dei campioni di PLA stampati in 3D: l’80% è migliore?

La plastica è ancora uno dei materiali di stampa 3D più popolari e meno costosi, e l’acido polilattico, meglio conosciuto come PLA, è in cima alla lista, grazie alla sua elevata resistenza, biocompatibilità e natura biodegradabile. Molti studi sono stati completati per quanto riguarda il filamento di stampa 3D PLA, e un gruppo di ricercatori dell’Universiti Malaysia Pahang (UMP) ha recentemente pubblicato un documento, intitolato ” Indagini preliminari sulle proprietà dell’acido polilattico (PLA) “, che dettaglia la loro indagine sul proprietà di trazione di un campione di PLA stampato in 3D utilizzando la tecnologia FDM, insieme a capire la combinazione ottimale di parametri di stampa 3D per ottenere le massime proprietà meccaniche.

L’abstract recita: “Questo lavoro di ricerca si propone di studiare la proprietà tensile dell’acido polilattico (PLA) e di determinare combinazioni di parametri di stampa ottimali allo scopo di ottenere la massima risposta utilizzando una stampante a filamento fuso a basso costo. Due parametri scelti per essere variati in questa ricerca sono l’angolo raster e la densità di riempimento, con il valore di 20 °, 40 °, 60 ° e 20%, 50%, 80% rispettivamente. I campioni di trazione con una combinazione di questi due parametri sono stati stampati secondo lo standard ASTM D638 tipo 1. Sono state analizzate tre proprietà meccaniche, vale a dire la resistenza a trazione, il modulo elastico e la resistenza allo snervamento. È stato trovato che la proprietà di trazione aumenta con la densità di riempimento. Nel frattempo, sia l’angolo alto che il basso angolo raster hanno mostrato le proprietà meccaniche considerevolmente elevate. La combinazione di parametri ottimale è un angolo raster di 40 °, e 80% di densità di riempimento. La sua proprietà meccanica ottimale è 32.938 MPa per la massima resistenza alla trazione, 807.489 MPa per il modulo elastico e 26.082 MPa per la resistenza allo snervamento. “

Le applicazioni per la stampa 3D FDM includono più parti portanti per requisiti specifici, e molte di queste richiedono un “certo livello di informazioni sulle proprietà meccaniche” da impostare come punto di riferimento per valutare la forza di una parte di PLA stampata in 3D.

Questa resistenza si basa in genere su alcuni parametri di stampa 3D specifici, tra cui altezza del layer, densità di riempimento e angolo raster, che si riferisce alla direzione delle sfere di materiale in relazione al caricamento di una parte o componente. Nell’esperimento, diversi parametri sono stati mantenuti costanti per “evitare di trarre in inganno i risultati ottenuti”.

“Il design dell’esperimento include il parametro e il suo valore selezionato da indagare”, hanno scritto i ricercatori. “Due parametri scelti sono l’angolo raster e la densità di riempimento, con un valore di 40 °, 60 °, 80 ° e 20%, 50%, 80% rispettivamente. L’altezza dello strato è mantenuta costante a 0,1 mm durante l’intero esperimento. Il numero totale di combinazioni di parametri è 9. Poiché la dimensione del campione è 5, il numero totale di campioni stampati è di 45 esemplari. “

Mentre l’altezza dello strato rimaneva di 0,1 mm per ciascuna delle nove combinazioni di parametri, l’angolo raster era diviso in tre gruppi: tre a 40 °, tre a 60 ° e tre a 80 °. Le tre densità di riempimento testate erano del 20%, 50% e 80%. Il team ha utilizzato una stampante da stampa multicolore desktop Rainstorm 2D Reprap Prusa i3, con ugello da 0,4 mm, per produrre il provino da trazione con PLA da 1,75 mm, progettato utilizzando SOLIDWORKS e affettato con il software Repetier Host.

Il team ha completato i test di trazione, con un carico massimo di 50 kN, su tutti e nove i campioni di PLA stampati in 3D, 3,2 mm di spessore alla velocità di 5 mm / min, secondo lo standard ASTM D638. La resistenza a trazione, la resistenza allo snervamento e il modulo elastico sono stati estratti da più regioni e punti: limite proporzionale, limite elastico, punto di snervamento, punto di sollecitazione finale e punto di frattura.

“La massima resistenza alla trazione (UTS) è lo stress massimo che un materiale può sopportare senza subire deformazioni plastiche mentre viene stirato o tirato”, hanno spiegato i ricercatori. “Il modulo elastico è il rapporto tra la forza esercitata su una sostanza e la deformazione che ne deriva, o anche conosciuta come rigidità. Nel frattempo, la forza di snervamento è lo stress richiesto per produrre una piccola quantità specifica di deformazione plastica. “

Il team ha scoperto che quando il riempimento aumentava, anche tutti i valori delle proprietà, il che significa che è possibile scegliere la percentuale di riempimento corretta per ottenere un uso materiale economico.

“Dopo aver analizzato tutti i dati ottenuti, è stata identificata la migliore combinazione di parametri che risulta in proprietà meccaniche ottimali, che è la combinazione di 3 ° parametro di 40 ° di angolo raster e 80% di densità di riempimento”, hanno osservato i ricercatori. “Ha portato alla resistenza a trazione massima di 32.938 MPa, modulo elastico di 807.489 MPa e resistenza allo snervamento di 26.082 MPa. La 9a combinazione non è stata scelta come condizione di parametro ottimale a causa della minore resistenza allo snervamento relativamente. La scelta della combinazione ottimale dei parametri è stata effettuata sulla base dei criteri di possibile massima proprietà meccanica. “

I ricercatori non hanno studiato l’effetto della densità di riempimento o dell’angolo raster sull’UTS, sulla resistenza allo snervamento o sul modulo elastico del campione per questa carta.

“Le proprietà di trazione dei campioni stampati in PLA 3D sono state estratte con successo dai grafici di sollecitazione-deformazione tracciati su prove di trazione. Dai dati sperimentali ottenuti, è stata determinata la combinazione ottimale dei parametri con la massima proprietà meccanica. Tuttavia, questi risultati di ricerca non sono adeguati per gli utenti di stampanti 3D per esplorare le opzioni che hanno in base alle loro specifiche esigenze “, hanno concluso i ricercatori. “Pertanto, questo ambito di ricerca deve essere esteso includendo più intervalli di valori dei parametri da esaminare”.

Co-autori della carta sono SR Subramaniam , M. Samykano , SK Selvamani , WK Ngui , K. Kadirgama , K. Sudhakar , e MS Idris.

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