Mechanical Response of Additively Manufactured Composite Joints

• Autorzy: Rajkowski Kamil , Majewski Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.8958

Warianty tytułu

PL

Badania odpowiedzi mechanicznej połączeń kompozytowych wykonanych technikami przyrostowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper aims to assess the quality of composite joints made with the Fused Filament Fabrication (FFF) additive manufacturing technique through strength tests. The first part of this paper details the design of different test sample versions with standardised geometry and the methods of joining plastics by application of 3D printing. The details cover the test apparatus used in the research, sample preparation methodology, as well as tensile and impact testing methodology. The test sample versions were selected according to the test types to have the results fully reproduce the mechanical response of the composite materials to the input forces. The second part of this paper analysis of the test results, presenting the fabrication accuracy of the test samples and their mechanical response recorded during the tests. Five test specimens of each version were produced to enable statistical analysis of the test results, which was indispensable for a reliable data analysis. The tests made it possible to determine how the proposed joints of plastic materials responded to the input forces, the maximum transmitted force limit, and the flaws of each version’s design. The test results made it possible to adapt the suggested solutions in the design engineering of programmable energy-absorbing structures.

PL

W artykule zostały przedstawione oraz przeanalizowane wyniki badań jakości połączeń kompozytowych wykonanych techniką przyrostową Fused Filament Fabrication (FFF). W pierwszej części artykułu znajdują się informację dotyczące projektu różnych wariantów próbek o znormalizowanej geometrii oraz sposobów połączenia ze sobą tworzyw sztucznych z wykorzystaniem druku 3D. Dodatkowo opisane zostały aparatura, jak i metodyka zastosowana do wykonania próbek oraz przeprowadzenia badań wytrzymałościowych i udarnościowych. Warianty próbek zostały dobrane w zależności od wykonywanych badań w taki sposób, żeby uzyskane wyniki w pełni odzwierciedlały odpowiedź mechaniczną kompozytów na zadane wymuszenie. W drugiej części zostały zebrane i przeanalizowane wyniki zarówno przedstawiające dokładność wykonania próbek, jak i ich odpowiedź mechaniczną zarejestrowaną podczas testów. W ramach każdego wariantu zostało wykonanych pięć próbek umożliwiających analizę statystyczną wyników, niezbędną do rzetelnej analizy danych. Badania pozwoliły ustalić w jaki sposób zaproponowane połączenia tworzyw sztucznych reagują na zadane wymuszenia, jaka jest maksymalna siła, którą mogą przenieść oraz jakie wady mają poszczególne konstrukcje. Dzięki uzyskanym wynikom możliwa jest adaptacja zaproponowanych rozwiązań w projektowaniu programowalnych struktur energochłonnych.

Słowa kluczowe

EN

mechanical engineering; strength testing; impact test; drop hammer; 3D printing

PL

inżynieria mechaniczna; badania wytrzymałościowe; próba udarnościowa; młot spadowy; druk 3D

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 14, Nr 3 (53)
• Strony: 59--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rajkowski Kamil

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0547-8321

autor

Majewski Tomasz

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2850-1205

Bibliografia

• [1] Ozenç, Murat, Tugce Tezel, and Volkan Kovan. 2022. „Investigation into impact properties of adhesively bonded 3D printed polymers”. International Journal of Adhesion & Adhesives 118: 103222-1-8.
• [2] Ngo, D. Tuan, Alireza Kashani, Gabriele Imbalzano, Kate T.Q. Nguyen, and David Hui. 2018. „Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges”. Composites Part B 143: 172-196.
• [3] Frunzaverde, Doina, Vasile Cojocaru, Costel-Relu Ciubotariu, Calin-Octavian Miclosina, Deian Dorel Ardeljan, Emil Florin Ignat, and Gabriela Marginean. 2022. „The Influence of the Printing Temperature and the Filament Color on the Dimensional Accuracy, Tensile Strength, and Friction Performance of FFF-Printed PLA Specimens”. Polymers 14 (10): 1978-1-15.
• [4] Yap, Pui-Voon., Ming-Yeng. Chan, and Seong-Chun Koay. 2021. „Preliminary Study on Mechanical Properties of 3D Printed Multimaterials ABS/PC Parts: Effect of Printing Parameters”. Journal of Physical Science 32 (2): 87-104.
• [5] Birosz, Marton Tamas, Daniel Ledenyak, and Matyas Ando. 2022. „Effect of FDM infill patterns on mechanical properties”. Polymer Testing 113: 107654-1-6.
• [6] Syrlybayev, Daniyar, Beibit Zharylkassyn, Aidana Seisekulova, Mustakhim Akhmetov, Asma Perveen, and Didier Talamona. 2021. „Optimisation of Strength Properties of FDM Printed Parts - A Critical Review”. Polymers 13 (10): 1587-1-35.
• [7] Cunha, P., R. Teixeira, O.S. Carneiro, and A.F. Silva. 2023. Multi‑material fused filament fabrication: an expedited methodology to assess the affinity between different materials. In Progress in Additive Manufacturing 2/2023.
• [8] Kluczyński, Janusz, Lucjan Śnieżek, Alexander Kravcov, Krzysztof Grzelak, Pavel Svoboda, Ireneusz Szachogłuchowicz, Ondrej Franek, Nikolaj Morozov, Janusz Torzewski, and Petr Kubecek. 2020. „The Examination of Restrained Joints Created in the Process of Multi-Material FFF Additive Manufacturing Technology”. Materials 13 (4): 903-1-15.
• [9] Teoh, Joanne Ee Mei, Jia An, Xiaofan Feng, Yue Zhao, Chee Kai Chua, and Yong Liu. 2018. „Design and 4D Printing of Cross-Folded Origami Structures: A Preliminary Investigation”. Materials 11 (3): 376-1-27.
• [10] Sun, Z.P., Y.B. Guo, and V.P.W. Shim. 2022. „Influence of printing direction on the dynamic response of additively-manufactured polymeric materials and lattices”. International Journal of Impact Engineering 167: 104263-1-17.
• [11] Janiszewski, Jacek, Paweł Płatek, Piotr Dziewit and Katarzyna Sarzyńska. 2018. „Key Issues of Design and Investigations on Additive Manufactured Regular Cellular Structures” (in Polish). Probl. Mechatronics. Armament Aviat. Saf. Eng. 9 (3): 29-56.
• [12] Technical data sheet PolyFlex: https://get3d.pl/wp-content/uploads/2021/08/PolyFlex_TPU95_TDS_V5.1.pdf (2022).
• [13] Technical data sheet PolyMax: https://get3d.pl/wp-content/uploads/2022/01/PolyMax-PLA_TDS_V5.1.pdf (2022).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).