Comparative analysys of macro- and microstructure of printed elements in the FDM, SLS and MJ technologies

• Autorzy: Majca-Nowak Natalia , Kluska Ewelina , Gruda Piotr

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2019-0024

Warianty tytułu

PL

Analiza porównawcza makro- i mikrostruktury drukowanych elementów 3D w technologiach FDM, SLS oraz MJ

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents research conducted with the project: "Additive manufacturing in conduction with optical methods used for optimization of 3D models’’. The article begins with the description of properties of the materials used in three different additive technologies – Fused Deposition Modelling (FDM), Selective Laser Sintering (SLS) and Material Jetting (MJ). The next part focuses on the comparative analysis of macro- and microstructure of specimens printed in order to test selected materials in additive technologies mentioned above. In this research two types of specimens were used: dumbbell specimens and rectangular prism with hole specimens. In order to observe macrostructure specimens, they were subjected to load test until it broke. In the case of observing microstructure, they were cut in some places. Each of described additive technologies characterizes by both different way of printing and used materials. These variables have a significant influence on macro- and microstructure and fracture appearance. FDM technology specimens printed of ABS material characterized by texture surface appearance. SLS technology specimens printed of PA12 material characterized by amorphous structure. MJ technology specimens printed of VeroWhite Plus material characterized by fracture appearance which had quasi- fatigue features. The microstructure of these specimens was uniform with visible inclusions.

PL

Niniejszy artykuł prezentuje wyniki testów, które powstały w trakcie realizacji projektu „Addytywne wytwarzanie w połączeniu z metodami optycznymi stosowane do optymalizacjii modeli przestrzennych”. Artykuł rozpoczyna się opisem właściwości materiałów użytych w trzech wybranych technologiach przyrostowych – Fused Deposition Modeling (FDM), Selective Laser Sintering (SLS) oraz Material Jetting (MJ). W dalszej części dokonano analizy porównawczej makrostruktury oraz mikrostruktury dla próbek referencyjnych wydrukowanych na potrzeby testu z wyselkcjonowanych materiałów w podanych technologiach przyrostowych. Ze względu na rodzaj obserwacji, w badaniach użyto dwóch rodzajów próbek: próbki wiosełkowe oraz płaskie, prostokątne próbki z otworem. W celu obserwacji makrostruktury próbki poddane zostały obciążeniu aż do zerwania. Natomiast, w celu obserwacji mikrostruktury zostały pocięte w kilku miejscach. Każda z opisanych w tym artykule technologii przyrostowych charakteryzuje się innym sposobem drukowania oraz zastosowanym materiałem. Zmienne te mają znaczący wpływ na makrostrukturę, mikrostrukturę oraz przełom. Próbki wydrukowane z materiału ABS w technologii FDM charakteryzują się widoczną teksturą materiału. Próbki wydrukowane z PA12 w technologii SLS charakteryzują się strukturą amorficzną. Charakterystyczny dla próbek wydrukowanych z VeroWhite Plus w technologii MJ był przełom, który miał cechy pseudo-zmęczeniowe. Mikrostruktura tych próbek była jednorodna z widocznymi wtrąceniami.

Słowa kluczowe

EN

additive manufacturing; 3D printing; macrostructure; microstructure; FDM; SLS; MJ; PolyJet

PL

technologia przyrostowa; drukowanie 3D; mikrostruktura; makrostruktura; FDM; SLS; MJ; PolyJet

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 4 (257)
• Strony: 66--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Majca-Nowak Natalia

• Aviation Systems, Engineering Design Center, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

autor

Kluska Ewelina

• Aviation Systems, Engineering Design Center, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

autor

Gruda Piotr

• Aviation Systems, Engineering Design Center, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Kluska E., Gruda P., Majca-Nowak N. The accuracy and the printing resolution comparison of different 3D printing technologies. Warsaw: Institute of Aviation, 2019.
• [2] Kluska E., Gruda P., Majca-Nowak N. Additive manufacturing in conduction with optical methods used for optimization of 3D models. Warsaw: Institute of Aviation, 2018.
• [3] Vishwakarma S., Pandey P., Gupta N. Characterization of ABS material: Review. Journal of Research in Mechanical Engineering. 5, 2017, Vol. 3, pages 13-16.
• [4] Lammens N., De Baere I., Van Paepegem W. On the orthotropic elasto-plastic material response of additively manufactured polyamide 12. Zwijnaarde, Belgium: Ghen University, 2017.
• [5] Schmid M., Amado A., Wegener K. Polymer powders for Selective Laser Sintering (SLS). Switzerland : API Conference - American Institute of Physics, 2015. Volume 1664.
• [6] Hafsa M., Ibrahim M., Wahab M., Zahid M. Evaluation of FDM pattern with ABS and PLA material. Applied Mechanics and Materials. 2013, Vols. 465-466, pages 55-59.
• [7] Niino T., Haraguchi H., Itagaki Y. Microstructural observation and mechanical property evaluation of plastic parts obtained by preheat free laser sintering. Japan: Institute of Industrial Science – Tokyo University, August 2012.
• [8] Kassim N., Saidin Wahab M., Yusof Y. Bali Physical properties and fracture surface of acrylic denture bases processed by conventional and vacuum casting fabrication technique. 12th International Conference on QiR (Quality in Research), 2011. ISSN 114-1284.
• [9] Bourell D., Leu M., Rosen D. Rodamap for Additive Manufacturing: Identifying the Future of Freeform Processing. Austin: Tech Rep, 2009.
• [10] Zarringhalam H., Hopkinson N., Kamperman N. F., de Vlieger J. J. Effects of processing on microstructure and properties of SLS nylon 12. United Kingdom: Loughborough University, 2008.
• [11] ABS-acrylonitrile butadiene styrene. [Online] 2003. http://designinsite.dk/htmsider/m0007.htm.
• [12] M., Stocker. From Rapid Prototyping to Rapid Manufacturing. Auto Technology. 2002, Vol. 2, pages 38-40.
• [13] Rodriguez J., Thomas J., Renaud J. Characterization of the mesostructure of styrene materials. Rapid Prototyping Journal. 3, 2000, Vol. 6, pages 175-185.
• [14] Bernal C., Frontini P., Sforza M., Bibbo M. Microstructure, Deformation, and Fracture Behavior of Commercial ABS Resins. Journal of Applied Polymer Science. DOI: 10.1002/app.1995.070580101, October 1995.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).