Experimental study of different methods for post-processing plastic parts manufactured by 3D printing

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

 The article aims to compare and evaluate methods for surface treatment of plastic products manufactured using 3D printing technology, namely by fused deposition modelling (layer-by-layer FDM). The experimental studies were conducted on ABS plastic samples using various tools for physical, thermal, and chemical processing. These included an electric engraver with coarse and fine grain grinding wheels, a felt polishing wheel and abrasive paste, burrs; acetone, dichloromethane (methylene chloride); a heat gun; a NEJE Master semiconductor laser engraver with adjustable laser power. The study was conducted utilizing portable optical and digital microscopes. The article focuses on the existing methods for surface treatment of ABS plastic products and highlights their advantages and disadvantages. In order to compare the methods of surface treatment of ABS plastic products, a visual assessment of the results of surface treatment by various methods was carried out according to several criteria. We compared the obtained types of surfaces, printer resolution (i. e., layer thickness and X-Y resolution), surface uniformity, degree of deformation, presence of scratches/cracks, cavities, buildups, and blisters employing the proposed criteria. The comparative analysis of various processing methods demonstrated that the best result in terms of quality was achieved with surface treatment using laser radiation. However, this method was shown to have a drawback which is the need for preliminary laser adjustment and the potential complexity of processing three-dimensional parts. The results of the present study can be applied in mechanical engineering when manufacturing parts using additive technologies to manage the surface quality of plastic products.

Sobre autores

D. Levin

Voronezh State Technical University

Email: levin_du@cst-eg.ru

M. Podshibyakin

Voronezh State Technical University

Email: yashirosh.kun@gmail.com

O. Riabinina

Voronezh State Technical University

Email: ryabinina_olya@mail.ru

A. Boldyrev

Voronezh State Technical University

Email: aiboldyrev@mail.ru

Bibliografia

  1. Ouazzani K., Jai M.E., Akhrif I., Radouani M., Fahime B.E. An experimental study of FDM parameter effects on ABS surface quality: roughness analysis // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 127. Р. 151–178. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11435-9. EDN: MJUJUL.
  2. Mathew A., Kishore S.R., Tomy A.T., Sugavaneswaran M., Scholz S.G., Elkaseer A., Wilson V.H., Rajan A.J. Vapour polishing of fused deposition modelling (FDM) parts: a critical review of different techniques, and subsequent surface finish and mechanical properties of the post-processed 3D-printed parts // Progress in Additive Manufacturing. 2023. Vol. 8. Р. 1161–1178. https://doi.org/10.1007/s40964-022-00391-7. EDN: ASYRUS.
  3. Yuan Chai, Rachel W. Li, Diana M. Perriman, Song Chen, Qing-Hua Qin, Paul N. Smith. Laser polishing of thermoplastics fabricated using fused deposition modelling // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 96. Р. 4295–4302. https://doi.org/10.1007/s00170-018-1901-5. EDN: YHUSYH.
  4. Levin D., Kuzovkin А. Laser polishing as method of improving surface quality of fused deposition modeling (FDM) parts made by metal-filled plastic // Антропоцентрические науки в образовании: вызовы, трансформации, ресурсы: сб. науч. ст. Междунар. форума профессионального образования (г. Воронеж, 9–10 апреля 2024 г.). Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2024. P. 350–353. EDN: LXPTJB.
  5. Кэнесс Э., Фонда К., Дзеннаро М. Доступная 3D печать для науки, образования и устойчивого развития / пер. с итал. Триест: Международный центр теоретической физики Абдуса Салама, 2013. 192 с.
  6. He Feiyang, Alshammari Yо.L.A., Khan M. The effect of printing parameters on crack growth rate of FDM ABS cantilever beam under thermo-mechanical loads // Procedia Structural Integrity. 2021. Vol. 34. P. 59–64. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2021.12.009.
  7. Запольский И.С., Левин Д.Ю., Рябинина О.А. Анализ проблем, возникающих при эксплуатации настольных 3D-принтеров с открытым типом конструкции // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения «АПИР-28»: сб. науч. тр. Национальной науч.-техн. конф. с междунар. участием (г. Тула, 13–15 ноября 2023 г.). Тула: Тульский государственный университет, 2023. С. 249– 252. EDN: FKOCZF.
  8. Kumar R., Sharma H., Saran C., Tripathy T.S., Sangwan K.S., Herrmann C. A comparative study on the life cycle assessment of a 3D printed product with PLA, ABS & PETG materials // Procedia CIRP. 2022. Vol. 107. P. 15–20. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.04.003.
  9. Сивова А.Н., Паня А., Душечкина Е.А. Производство пластика для 3D печати из вторичных ПЭТ, ABS и PLA // Студенческая научная весна: сборник тезисов докладов Всерос. студ. конф. (г. Москва, 1–30 апреля 2021 г.). М.: Научная библиотека, 2021. С. 27–28. EDN: GKNTNA.
  10. Corapi D., Morettini G., Pascoletti G., Zitelli C. Characterization of a polylactic acid (PLA) produced by fused deposition modeling (FDM) technology // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 24. P. 289–295. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.02.026.
  11. Alarifi I.M. A performance evaluation study of 3d printed nylon/glass fiber and nylon/carbon fiber composite materials // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 21. P. 884–892. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.09.085.
  12. Agarwal K.M., Shubham P., Bhatia D., Sharma P., Vaid H., Vajpeyi R. Analyzing the impact of print parameters on dimensional variation of ABS specimens printed using fused deposition modelling // Sensors International. 2022. Vol. 3. Р. 100149. https://doi.org/10.1016/j.sintl.2021.100149.
  13. Потапов А.А., Говоров И.С., Гнидина И.В., Малахо А.П. Влияние технологических режимов FDM-печати и методов постобработки на физико-механические свойства образцов из ABS пластика // Новые полимерные композиционные материалы: матер. XX Междунар. науч.-практ. конф. (г. Нальчик, 4–10 июля 2024 г.). Нальчик: Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 2024. С. 92. EDN: BYVDOV.
  14. Рябинина О.А., Левин Д.Ю., Свиридов Д.А., Алешина А.Э. Проблемы, возникающие в процессе литья по выплавляемым моделям с применением 3D печати методом FDМ // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: сб. науч. ст. II Всерос. науч.-техн. конф. (г. Воронеж, 11–12 апреля 2024 г.). Воронеж: Университетская книга, 2024. С. 304–308. EDN: NNOYIB.
  15. Распопина В.Б., Мартынова В.В., Ступина Е.А. Влияние направления печати по FDM-технологии на механические свойства изделия // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 4. С. 477–487. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-4-477-487. EDN: GFOMXF.
  16. Joch R., Šajgalík M., Drbúl M., Holubják J., Czán A., Bechný V., et al. The application of additive composites technologies for clamping and manipulation devices in the production process // Materials. 2023. Vol. 16. Iss. 10. Р. 3624. https://doi.org/10.3390/ma16103624.
  17. Birosz M.T., Ledenyák D., Andó M. Effect of FDM infill patterns on mechanical properties // Polymer Testing. 2022. Vol. 113. Р. 107654. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107654.
  18. Редькин Д.С., Левин Д.Ю., Рябинина О.А. Проблемы использования третьей координаты в лазерно-гравировальных станках // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. 2024. Т. 1. С. 303–307. EDN: VKHXXE.
  19. Левин Д.Ю., Рябинина О.А., Кузовкин А.В. Оптимизация и унификация в процессе проектирования и производства универсального корпуса для лазерного гравера // Технологии и техника: пути инновационного развития: сб. науч. ст. II Междунар. науч.-техн. конф. (г. Воронеж, 14 июня 2024 г.). Воронеж: Университетская книга, 2024. С. 303–308. EDN: PZBZOK.
  20. Ryabinina O.A., Boldyrev A.I. Digital twins of machining facilities application at mechanical industry // Антропоцентрические науки в образовании: вызовы, трансформации, ресурсы: сб. тр. конф. (г. Воронеж, 9–10 апреля 2024 г.). Воронеж: Университетская книга, 2024. С. 373–375. EDN: JKZDSU.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».