Comparison of the Torsional Strength of Material Samples Made Using Selected Rapid Prototyping Methods

• Autorzy: Dębski Mariusz , Kozik Bogdan , Przeszłowski Łukasz , Pisula Jadwiga

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.7508

Warianty tytułu

PL

Porównanie wytrzymałości na skręcanie próbek materiałowych wykonanych wybranymi metodami szybkiego prototypowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years, there has been a marked increase in the use of rapid prototyping techniques that support industrial processes. The analysis of studies on strength tests of parts manufactured using additive techniques from model materials and hybrid composites usually includes tests of material and strength parameters based on uniaxial tension, bending, and compression tests. For elements manufactured from polymeric materials using traditional methods (e.g. injection moulding), data obtained from these tests are sufficient to determine the strength of the material and to apply the results in the product design process. In the case of the layered extrusion method, due to the model construction process, strength data based on standard samples do not have a direct transposition on the strength of machine parts operating under various load ranges, especially torsional loads. The publication presents the results of tests on the torsional strength of cylindrical samples with splines produced by layered extrusion, vacuum casting technology, and hybrid technology, which combines both technologies. The test samples were made using a Prusa i3 MK3 3D printer and the plasticised plastic modelling (fused filament fabrication, FFF) method, while PolyJet technology was used to create a reference model. The findings indicate that hybrid technology, in which a thin-walled mould is filled with a chemically hardened polymer, achieves the desired strength for the manufactured parts while maintaining dimensional accuracy and shape. The research results show that producing rotating elements using the hybrid technology reduces the sample core’s ability to undergo plastic deformation due to the adhesion between the materials and the occurrence of notches resulting from the model production process using the layered extrusion method.

PL

Ostatnie lata przyniosły wyraźny wzrost zastosowania technik szybkiego prototypowania wspomagających procesy przemysłowe. Analiza opracowań dotyczących badań wytrzymałości części wytwarzanych technikami przyrostowymi z materiałów modelowych oraz kompozytów hybrydowych uwzględnia przeważnie badania parametrów materiałowych i wytrzymałościowych w oparciu o próbę jednoosiowego rozciągania, zginania i ściskania. Dla elementów wytwarzanych z materiałów polimerowych tradycyjnymi metodami dane uzyskane na podstawie tych badań są wystarczające do określenia wytrzymałości materiału i aplikacji otrzymanych wyników w procesie projektowania produktu. W przypadku metody ekstruzji warstwowej dane wytrzymałościowe w oparciu o próbki normatywne nie mają bezpośredniego przełożenia na wytrzymałość części maszyn pracujących w różnym zakresie obciążeń, szczególnie obciążeń skręcających. W publikacji przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na skręcanie walcowych próbek z wielowypustami wytworzonych metodą ekstruzji warstwowej, technologią odlewania pod obniżonym ciśnieniem oraz technologią hybrydową łączącą metodę ekstruzji warstwowej z odlewaniem niskociśnieniowym. Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że zastosowanie hybrydowej technologii prowadzi do uzyskania założonej wytrzymałości wytwarzanych części, przy zachowaniu dokładności wymiarowo- kształtowej. Rezultaty badań wykazują, że wytwarzanie elementów obrotowych technologią hybrydową zmniejsza zdolność do odkształcenia plastycznego rdzenia próbek, ze względu na adhezję pomiędzy materiałami oraz występowanie karbu wynikające z realizacji procesu budowy modelu metodą ekstruzji warstwowej.

Słowa kluczowe

EN

polymer materials; torsional strength; additive technologies; hybrid technologies; vacuum casting

PL

materiały polimerowe; wytrzymałość na skręcanie; technologie przyrostowe; technologie hybrydowe; odlewanie próżniowe

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 15, Nr 3 (57)
• Strony: 63--72
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., fot.

Twórcy

autor

Dębski Mariusz

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Department of Mechanical Engineering, 12 Powstańców Warszawy Av., 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4889-7633

autor

Kozik Bogdan

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Department of Mechanical Engineering, 12 Powstańców Warszawy Av., 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Przeszłowski Łukasz

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Department of Mechanical Engineering, 12 Powstańców Warszawy Av., 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Pisula Jadwiga

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Department of Mechanical Engineering, 12 Powstańców Warszawy Av., 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• [1] Dave, K. Harshit, Ashish R. Prajapati, Shilpesh R. Rajpurohit, Naushil H. Patadiya, and Harit K. Raval. 2020. „Open hole tensile testing of 3D printed parts using in-house fabricated PLA filament”. Rapid Prototyping mJournal 26 (1) : 21-31.
• [2] Long, Jingjunjiao, Hamideh Gholizadeh, Jun Lu, Craig Bunt, and Ali Seyfoddin. 2017. „Application of Fused Deposition Modelling (FDM) Method of 3D Printing in Drug Delivery”. Current Pharmaceutical Design 23 (3) : 433-439.
• [3] Chu, Chen, Greg Graf, and David W. Rosen. 2008. „Design for additive manufacturing of cellular structures”. Computer-Aided Design and Applications 5 (5) : 686-696.
• [4] Melchels, P. W. Ferry, Marco A.N. Domingos, Travis J. Klein, Jos Malda, Paulo J. Bartolo, and Dietmar W. Hutmacher. 2012. „Additive manufacturing of tissues and organs”. Progress in Polymer Science 37 (8) : 1079-1104.
• [5] Richardson Mark, and Bradley Haylock. 2012. „The rise of additive manufacturing, domestic-scale production and the possible implications for the automotive industry”. Computer-Aided Design and Applications 2 : 33-48.
• [6] Budzik, Grzegorz. 2009. Odwzorowanie powierzchni krzywoliniowej łopatek części gorącej silników lotniczych w procesie szybkiego prototypowania. Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej.
• [7] Budzik, Grzegorz, Joanna Woźniak, Łukasz Przeszłowski. 2022. Druk 3D jako element przemysłu przyszłości. Analiza rynku i tendencje rozwoju. Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej.
• [8] Wu, Wenzheng, Peng Geng, Guiwei Li, Di Zhao, Haibo Zhang, and Ji Zhao. 2015. „Influence of Layer Thickness and Raster Angle on the Mechanical Properties of 3D-Printed PEEK and a Comparative Mechanical Study between PEEK and ABS”. Materials 8 (9) : 5834-5846.
• [9] García-Domínguez, Amabel, Juan Claver, Ana María Camacho, and Miguel A. Sebastián. 2020. „Considerations on the Applicability of Test Methods for Mechanical Characterization of Materials Manufactured by FDM”. Materials 13 (1) : 28.
• [10] Li, Qiushi, Wei Zhao, Yongxiang Li, Weiwei Yang, and Gong Wang. 2019. „Flexural Properties and Fracture Behavior of CF/PEEK in Orthogonal Building Orientation by FDM: Microstructure and Mechanism”. Polymers 11 (4) : 656.
• [11] Mazzanti, Valentina, Lorenzo Malagutti, and Francesco Mollica. 2019. „FDM 3D Printing of Polymers Containing Natural Fillers: A Review of their Mechanical Properties”. Polymers 11 (7) : 1094.
• [12] Barrios, M. Juan, and Pablo E. Romero. 2019. „Decision Tree Methods for Predicting Surface Roughness in Fused Deposition Modeling Parts”. Materials 16 : 2574.
• [13] Buj-Corral, Irene, Alejandro Domínguez-Fernández, and Ramón Durán- Llucià. 2019. „Influence of Print Orientation on Surface Roughness in Fused Deposition Modeling (FDM) Processes”. Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze 12 (23) : 3834.
• [14] www. spectrumfilaments.com
• [15] www.milar.pl
• [16] Budzik, Grzegorz, Marek Magniszewski, Łukasz Przeszłowski, Mariusz Oleksy, Rafał Oliwa, and Bernaczek Jacek. 2021. „Torsional strength testing of machine elements manufacture by incremental technology from polymeric materials”. Polimery 63 (11-12) : 830-832.
• [17] Dębski, Mariusz, Marek Magniszewski, Jacek Bernaczek, Łukasz Przeszłowski, Małgorzata Gontarz, and Mateusz Kiełbicki. 2013. „Influence of torsion on the structure of machine elements made of polymeric materials by 3D printing”. Polimery 66 (5) : 298-304.
• [18] Oleksy, Mariusz, Rafał Oliwa, Katarzyna Bulanda, Grzegorz Budzik, Łukasz Przeszłowski, Marek Magniszewski, and Andrzej Paszkiewicz. 2021. „Torsional strength tests of spline connections made of polimer materials”. Polimery 66 (1) : 52-55.
• [19] www.prusa3d.com
• [20] www.stratasys.com