Науковий вісник НГУ

Вплив термічної обробки на механічні властивості деталей з нейлону в адитивному виробництві

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2025

Останнє оновлення: 28 квітня 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1433

Authors:

Л. О. Тумарченко*, orcid.org/0000-0001-7973-7475, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Є. В. Вишнепольський, orcid.org/0000-0002-8048-7976, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д. В. Павленко, orcid.org/0000-0001-6376-2879, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (2): 121 - 128

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-2/121

Abstract:

Мета. Дослідження впливу параметрів термічної обробки на механічні властивості деталей із поліаміду 6 (нейлону), виготовлених методом пошарового наплавлення (Fused Deposition Modeling, FDM).

Методика. Зразки друкували методом FDM на 3D-принтері моделі Profi+ із використанням програмного забезпечення Slic3rPE для підготовки G-коду. Термічну обробку виконували в лабораторній електричній печі STM-1-10. Досліджували вплив таких факторів, як температура термообробки, тривалість витримки, тип охолодження. Механічні властивості оцінювали шляхом вимірювання міцності на розрив і відносного подовження за допомогою випробувальної машини UIT STM 100S. Статистичний аналіз результатів проводили у програмному комплексі STATISTICA, що дозволило визначити найбільш значущі фактори та їх ­взаємодії.

Результати. Досліджено вплив параметрів термічної обробки на міцність на розрив і відносне подовження деталей із нейлону. Найбільший вплив на міцність на розрив має температура термічної обробки, тривалість витримки в печі і парна взаємодія зазначених факторів. На відносне подовження найбільше впливає час витримки зразків у печі, а також парна взаємодія температури термообробки з типом охолодження. Взаємодія часу витримки з типом охолодження також показала внесок у формуванні функції відгуку (відносне подовження) Максимальне покращення міцності на розрив (+61,74 %) досягнуто при температурі 130 °C, витримці 90 хв. Для підвищення відсотка відносного подовження рекомендовано проводити термообробку за параметрами: температура -110 °С, час – 60 хв, охолодження – у печі до 20 °С.

Наукова новизна. Встановлено, що комбінування параметрів термічної обробки значно покращує міцність і пластичність деталей із нейлону, виготовлених методом FDM. Визначено, що найбільш ефективними є параметри: температура 110–130 °С, витримка 60‒90 хв і охолодження в печі.

Практична значимість. Розроблені рекомендації щодо термічної обробки дозволяють підвищувати механічні властивості виробів із нейлону, створених за технологією FDM. Це відкриває нові можливості для застосування таких деталей у військовій сфері та виробництві виробів подвійного призначення завдяки покращеній міцності й довговічності.

Ключові слова: Fused Deposition Modelling, нейлон, термічна обробка, міцність, відносне подовження, статистична обробка

References.

1. Gao, W., Zhang, Y., Ramanujan, D., Ramani, K., Chen, Y., Williams, C. B., …, & Zavattieri, P. D. (2015). The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering. Computer-Aided Design, 69, 65-89. https://doi.org/10.1016/j.cad.2015.04.001

2. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Additive manufacturing technologies: 3d printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing. Springer New York. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2113-3

3. Marciniak, M. (2023). The 3d printing in military applications: Fdm technology, materials, and implications. Advances in Military Technology, 18(2), 241-257. https://doi.org/10.3849/aimt.01846

4. Mallikarjuna, B., Bhargav, P., Hiremath, S., Jayachristiyan, K. G., & Jayanth, N. (2023). A review on the melt extrusion-based fused deposition modeling (Fdm): Background, materials, process parameters and military applications. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). https://doi.org/10.1007/s12008-023-01354-0

5. Studart, A. R. (2016). Additive manufacturing of biologically-inspired materials. Chemical Society Reviews, 45(2), 359-376.
https://doi.org/10.1039/C5CS00836K

6. Singh, S., Ramakrishna, S., & Singh, R. (2017). Material issues in additive manufacturing: A review. Journal of Manufacturing Processes, 25, 185-200. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2016.11.006

7. Jayswal, A., & Adanur, S. (2022). Effect of heat treatment on crystallinity and mechanical properties of flexible structures 3D printed with fused deposition modeling. Journal of Industrial Textiles, 51(2_suppl), 2616S-2641S. https://doi.org/10.1177/15280837211064937

8. Ramesh, M., & Panneerselvam, K. (2021). Mechanical investigation and optimization of parameter selection for Nylon material processed by FDM. Materials Today: Proceedings, 46, 9303-9307.
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.697

9. Jayswal, A., & Adanur, S. (2021). Additive Manufacturing of Interlaced Fibrous Structures. Rapid Prototyping Journal, 27, 671-68.

10.      Hurina, L., Vyshnepolskyi, Y., Pavlenko, D., & Stepanov, D. (2020). Investigation of the printing parameters influence on the bond lines length in fused filament fabrication. 2020 IEEE 10 ^th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 02SAMA07-1-02SAMA07-5. https://doi.org/10.1109/NAP51477.2020.9309668

11.      Jayanth, N., Jaswanthraj, K., Sandeep, S., Mallaya, N. H., & Siddharth, S. R. (2021). Effect of heat treatment on mechanical properties of 3D printed PLA. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 123, 104764. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104764

12.      Khosravani, M. R., Schüürmann, J., Berto, F., & Reinicke, T. (2021). On the post-processing of 3d-printed abs parts. Polymers, 13(10), 1559. https://doi.org/10.3390/polym13101559

13.      Leite, M., Varanda, A., Ribeiro, A. R., Silva, A., & Vaz, M. F. (2018). Mechanical properties and water absorption of surface modified ABS 3D printed by fused deposition modelling. Rapid Prototyping Journal, 24(1), 195-203. https://doi.org/10.1108/RPJ-04-2016-0057

14.      Singh, S., Singh, M., Prakash, C., Gupta, M. K., Mia, M., & Singh, R. (2019). Optimization and reliability analysis to improve surface quality and mechanical characteristics of heat-treated fused filament fabricated parts. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 102(5-8), 1521-1536. https://doi.org/10.1007/s00170-018-03276-8

15.      Pagano, C., Basile, V., Modica, F., & Fassi, I. (2019). Micro-FDM process capability and post-processing effects on mechanical properties. 190002. https://doi.org/10.1063/1.5121694

16.      De Avila, E., Eo, J., Kim, J., & Kim, N. P. (2019). Heat treatment effect on mechanical properties of 3d printed polymers. MATEC Web of Conferences, 264, 02001. https://doi.org/10.1051/matecconf/201926402001

17.      Akhoundi, B., Nabipour, M., Hajami, F., & Shakoori, D. (2020). An experimental study of nozzle temperature and heat treatment (Annealing) effects on mechanical properties of high-temperature polylactic acid in fused deposition modeling. Polymer Engineering & Science, 60(5), 979-987. https://doi.org/10.1002/pen.25353

18.      Yang, C., Tian, X., Li, D., Cao, Y., Zhao, F., & Shi, C. (2017). Influence of thermal processing conditions in 3D printing on the crystallinity and mechanical properties of PEEK material. Journal of Materials Processing Technology, 248, 1-7. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.04.027

19.      Hong, J.-H., Yu, T., Chen, Z., Park, S.-J., & Kim, Y.-H. (2019). Improvement of flexural strength and compressive strength by heat treatment of PLA filament for 3D-printing. Modern Physics Letters B, 33(14n15), 1940025. https://doi.org/10.1142/S0217984919400256

20.      Ying, Z., Wu, D., Zhang, M., & Qiu, Y. (2017). Polylactide/basalt fiber composites with tailorable mechanical properties: Effect of surface treatment of fibers and annealing. Composite Structures, 176, 1020-1027. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.06.042

21.      Dong, J., Mei, C., Han, J., Lee, S., & Wu, Q. (2019). 3D printed poly(Lactic acid) composites with grafted cellulose nanofibers: Effect of nanofiber and post-fabrication annealing treatment on composite flexural properties. Additive Manufacturing, 28, 621-628. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.06.004

22.      Bhandari, S., Lopez-Anido, R. A., & Gardner, D. J. (2019). Enhancing the interlayer tensile strength of 3D printed short carbon fiber reinforced PETG and PLA composites via annealing. Additive Manufacturing, 30, 100922. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100922

23.      Rangisetty, S., & Peel, L. D. (2017). The effect of infill patterns and annealing on mechanical properties of additively manufactured thermoplastic composites. Proceedings of the ASME 2017 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems. Volume 1: Development and Characterization of Multifunctional Materials; Mechanics and Behavior of Active Materials; Bioinspired Smart Materials and Systems; Energy Harvesting; Emerging Technologies. V001T08A017. https://doi.org/10.1115/SMASIS2017-4011

24.      Kumar Jain, P. A., Sattar, S., Mulqueen, D., Pedrazzoli, D., Kravchenko, S. G., & Kravchenko, O. G. (2022). Role of annealing and isostatic compaction on mechanical properties of 3D printed short glass fiber nylon composites. Additive Manufacturing, 51, 102599. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102599

25.      Ali, Z., Yan, Y., Mei, H., Cheng, L., & Zhang, L. (2023). Effect of infill density, build direction and heat treatment on the tensile mechanical properties of 3D-printed carbon-fiber nylon composites. Composite Structures, 304, 116370. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116370

26.      KharPlastMass (n.d.). TECHNICAL DATASHEET [Technical datasheet]. Retrieved from https://shop.plexiwire.com.ua/content/files/technical-datasheet-79315390.pdf

• < Попередня
• Наступна >