Aspecte privind testarea elementelor mecanice functionale printate 3D

Savaniu Ioan Mihail - sef lucrari .dr.ing. Facultatea de Utilaj Tehnologic - Universitatea Tehnica de Constructii

Bucuresti

Vlase Monica - sef lucrari .dr.ing. Facultatea de Utilaj Tehnologic - Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

Rezumat : In vederea dimensionarii mecanismelor realizate prin printare 3D este necesar a cunoaste caracteristicile fizico

mecanice a elementelor mecanice functionale printate. In vederea stabilirii unor caracteristici de material am inceput un

proiect de cercetare stiintifica.

In domeniul ingineriei mecanice exista tendinta actuala de fabricare a elementelor mecanice functionale

prin printare 3D. In momentul de fata exista mai multe procedee si tipuri de printare 3D. In vederea

dimensionarii unui element printat 3D insa nu am indentificat la producatorul de material a

caracteristicilor fizico-mecanice ale produsului finit fabricat. In vederea dimensionarii unor elemente

mecanice sunt extrem de importante caracteristicile de material ale produsului finit. Autori lucrarii de

fata au dorit sa stabilesca anumite caracteristici de material si in acest mod limitele utilizarii elementelor

mecanice fuctionale obtinute prin procedeul de printare 3D cu filament.

Pentru fabricarea elementelor mecanice functionale testate am utilizat o imprimata 3D accesibila.

Aceasta imprimanta este o imprimata cu filament de PLA tip Prusa I3.

Fig.1 Imprimanta 3D si elemente mecanice functionale printate

Avand in vedere modalitatea de creere de volum a printarii 3D ( prin consderarea unui grad de umplere

a spatiului interior creat) am incercat sa estima caracteristici de material si comportamentul elementelor

mecanice functionale printate 3D. In acest scop am efectuat o serie de teste de rupere. Planul de incercari

si rezulatetele obtinute sunt prezentate in cele ce urmeaza. Am efectuat un set de teste in laborator pe un

numar de 4 probe avand urmatoarele caracteristici geometrice : grosimea probelor – 4 mm ; lungimea

probelor – 180 mm ; dimensiunea zonei de prindere la bacuri masinii de tractiune- 50 mm la fiecare

capăt ; lățimea probelor – 30 mm.

Fig.2 Aspecte din timpul printarii 3D

Incercarile la rupere au fost efectuate pe probe confectionate din filament PLA, obținute prin printare

3D. Probele au fost obținute cu grade de umlere diferite, astfel:

- Proba 1 – printare 3D cu 25% grad de umplere;

- Proba 2 - printare 3D cu 50% grad de umplere;

- Proba 3 – printare 3D cu 75% grad de umplere;

- Proba 4 – printare 3D cu 100% grad de umplere.

Fig. 3 Probe folosite la testarea caracteristicilor de material

Încercările la rupere ale probelor printate 3D s-au efectuat pe mașina universală pentru încercări fizico-

mecanice de 10 tone - forță.

Proba 1 – printare 3D cu 25% spațiu de umplere

PROBA 1 PROBA 2 PROBA 3 PROBA 4

PROBA 1 PROBA 2 PROBA 3 PROBA 4

Fig. 4 Prinderea probei in bacurile masinii de tractiune si inregistrarea fortei de rupere

Fig. 5 Aspecte ale ruperi probei testate

Evaluand la nivelul cadranului masinii de tractiune a fortei necesara ruperii elementului testat, am obtinut

in cazul probei nr. 1 o forta de 356 daN;

Proba 2 – printare 3D cu 50% spațiu de umplere

PRINDEREA PROBEI ÎN BACURILE MAȘINII UNIVERSALE

EPRUVETĂ BAC

CADRANUL MAȘINII UNIVERSALE DUPĂ ÎNCERCAREA PROBEII 1

Fig. 6 Prinderea probei in bacurile masinii de tractiune si inregistrarea fortei de rupere

Fig. 7 Aspecte ale ruperi probei testate

Evaluand la nivelul cadranului masinii de tractiune a fortei necesara ruperii elementului testat, am

obtinut in cazul probei nr. 2 o forta de 360 daN;

- Epruveta 3 – printare 3D cu 75% spațiu de umplere

PRINDEREA PROBEI ÎN BACURILE MAȘINII UNIVERSALE

PROBA

BACURI

CADRANUL MAȘINII UNIVERSALE DUPĂ ÎNCERCAREA PROBEII 2

Fig. 8 Prinderea probei in bacurile masinii de tractiune si inregistrarea fortei de rupere

Evaluand la nivelul cadranului masinii de tractiune a fortei necesara ruperii elementului testat, am obtinut

in cazul probei nr. 3 o forta de 265 daN. In cazul acestei probe ruperea s-a produs în zona de strângere a

probei in bacurile masinii de tractiune.

- Proba 4 – printare 3D cu 100% spațiu de umplere

Fig. 9 Prinderea probei in bacurile masinii de tractiune si inregistrarea fortei de rupere

PRINDEREA PROBEI ÎN BACURILE MAȘINII UNIVERSALE

CADRANUL MAȘINII UNIVERSALE DUPĂ ÎNCERCAREA PROBEI 3

PRINDEREA PROBEI ÎN BACURILE MAȘINII UNIVERSALE

CADRANUL MAȘINII UNIVERSALE DUPĂ ÎNCERCAREA PROBA 4

Fig. 10 Aspecte ale ruperi probei testate

Evaluand la nivelul cadranului masinii de tractiune a fortei necesara ruperii elementului testat, am

obtinut in cazul probei nr. 4 o forta de 390 daN.

Fig. 11 Aspecte ale ruperi probei testate

PROBA 1 PROBA 2 PROBA 3 PROBA 4

Fig. 12 Aspecte ale zonei de ruperea a probelor

Concluziile testelor efectuate sunt:

- Testele trebuie continuate in cazul unor geometrii mai complexe ale probelor;

- Testele trebuie continuate pentru diferite setari ale printerului 3D utilizat;

- Testele trebuie continuate pentru diferite materiale utilizate pentru filamentul printerului 3D;

- In urma testelor efectuate aspectul ruperii probelor este de rupere fragila;

- Forta de rupere inregistrata in timpul testelor este dependenta de gradul de umplere a

elementului printat 3D;

- Obtinerea unor rezultate de referinta presupune continuarea testelor prezentate printr-un studiu

teoretic si experimental complex si de durata.

Bibliografie:

[1] www.robofun.ro ;

[2] www.repetier.com ;

[3] www.ultimaker.com .