Технологія і механічні властивості армованого неперервним волокном 3D-друкованого термопластичного композиту

Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2023
Předmět:
Zdroj: Mechanics and Advanced Technologies; Том 7 № 1 (2023); 43-50
Mechanics and Advanced Technologies; Vol. 7 No. 1 (2023); 43-50
ISSN: 2521-1943
2522-4255
Popis: Background. Additive technologies based on Fused Deposition Modeling (FDM) modeling methods attract a lot of attention from both industry and research groups, which is explained by low investment costs, ease of production, etc. If the processing parameters are correctly selected, products with mechanical properties close to products obtained by traditional technologies can be obtained. Objective. Practical implementation of the modernized technology for 3D printing of Polylactid Acid (PLA) samples reinforced with continuous Kevlar fiber using the FDM method and determination of their mechanical properties. Methods is based on experimental and theoretical studies of the limit of tensile strength and modulus of elasticity of the composite and includes testing of samples on the SHIMADZU AGS-X testing machine and solving the inverse problem. Results. Experimental samples of thermoplastic composite (PLA+Kevlar fiber Æ0.3 mm) were tested for tension. It was found that the tensile strength of the reinforced composite compared to the unreinforced one with a Kevlar volume fraction of about 12% increases by 2.38 times, and the modulus of elasticity increases by 1.45 times. With a confidence interval of 0.68, the error of determining the ultimate tensile strength is 3.5%, and the modulus of elasticity is 4.5%. A theoretical dependence was obtained for predicting the modulus of elasticity of thermoplastic composites in the range of changes in the degree of reinforcement up to 15%. Conclusions. The application of additive technologies based on FDM for 3D printing of thermoplastic composites with increased mechanical properties is substantiated.
Проблематика. Адитивні технології на базі методів моделювання пошаровим наплавленням (МПН) привертають велику увагу як промисловості, так і дослідницьких груп, що пояснюється низькими інвестиційними витратами, простотою виробництва тощо. У разі правильного вибору параметрів обробки можна отримати вироби з механічними властивостями близькими до виробів, отриманих за традиційними технологіями. Мета. Практична реалізація модернізованої технології для 3D-друку зразків полілактиду (ПЛА), армованих неперервним кевларовим волокном, за методом ПНМ та визначення їхніх механічних властивостей. Методика реалізації базується на експериментально-теоретичних дослідженнях границі міцності на розрив та модуля пружності і включає випробування експериментальних зразків на електромеханічній машині SHIMADZU AGS-X і розв’язання оберненої задачі напружено-деформованого стану, відповідно. Результати. Надруковано експериментальні зразки термопластичного композиту (ПЛА+волокно Кевлар Æ0,3 мм) та проведено їх випробування на розтяг. За інтервалу довірчої імовірності 0,68 похибка визначення границі міцності на розрив становить 3,5%, а модуля пружності – 4,5%. Встановлено, що міцність на розрив армованого композиту порівняно з неармованим за об’ємної частки кевлару близько 12% збільшується в 2,38 рази, а модуль пружності – в 1,45 рази. Отримано теоретичну залежність для прогнозування модуля пружності термопластичних композитів в напрямку армування в діапазоні зміни ступеня армування до 15 %. Висновки. Обґрунтовано застосування адитивних технологій на базі ПНМ для 3D-друку термопластичних композитів з підвищеними механічними властивостями.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: