Koło naukowe - Matrix

Podczas przerwy wakacyjnej jeden z członków naszego koła, Jakub Cyganek pracował nad nowym projektem :O

Tym razem powstał filament na osnowie polilaktydu z dodatkiem pyłu bazaltowego. Sam pył jest odpadem poprodukcyjnym kruszywa wulkanicznego. Do jednej z mieszanek dodano również nukleant (substancja ułatwiająca krystalizację polimeru).

Celem wykonania mieszanki było sprawdzenie czy i w jakich warunkach zmieni się krystaliczność osnowy po dodatku pyłu bazaltowego, a co za tym idzie ich właściwości termomechaniczne.

Próbki do badań zostały wykonane na drukarce 3D Prusa i3 MK3s z dyszą o średnicy 0,8 mm rozgrzaną do temperatury 220°C. W zależności od wykonywanej serii stół drukarki był rozgrzany od 60 do 110°C.

Już po przekroczeniu 90°C pojawiły się pierwsze schody. Próbki kurczyły się i odrywały od stołu, co pozwalało sądzić że krystalizacja ma miejsce. Poniekąd takiego efektu się spodziewano :D.

Poniżej przedstawiamy, krótkie podsumowanie, a zainteresowanych odsyłam do opracowania dostępnego poniżej 😊
https://drive.google.com/file/d/1CCwz0jdl2QcoZutN8UY1wbvHX00Hs9YQ/view?usp=sharing

- Wprowadzenie dodatku w postaci pyłu bazaltowego wiąże się z obniżeniem wytrzymałości na rozciąganie przy niższych temperaturach stołu. Podobną zależność można zauważyć dla wydłużenia przy zerwaniu.

- Temperaturą stołu jak i różna zawartość dodatków nie wpłynęła na zmiany sztywności materiału.

- Zauważono stałość profilu temperaturowego (temperatura zeszklenia, topnienia czy zimnej krystalizacji) omawianych materiałów.
Na stopień krystaliczności bezpośredni wpływ ma struktura kompozytu i zawartość dodatków, zwłaszcza nukleantu.

- Analiza termiczna dynamicznych właściwości pokazała, że stabilność termiczna badanych materiałów ma bezpośredni związek z temperaturą stołu. Podwyższanie jej wiąże się z wzrastaniem stabilności, zwłaszcza w zakresie wysoko-elastycznym po przekroczeniu temperatury zeszklenia.

- Temperatura ugięcia pod obciążeniem wykazała pozytywny wpływ wysokiej temperatury stołu na stabilność termiczną próbek

Politechnika Poznańska
Wydział Inżynierii Mechanicznej - Politechnika Poznańska

To my :D

Wojtek Wiśniewski
Mateusz Markowski
Jan Jarzębowski

Pomiary wytrzymałości drukowanych karabinków: część #2
Link do części pierwszej:
https://www.facebook.com/.../permalink/1921599391339022

Idąc za ciosem Mateusz Markowski i Maria Ziegler postanowili sprawdzić wytrzymałość kolejnych materiałów. Wszystkie parametry procesu wydruku jak i nastawy maszyny wytrzymałościowej były takie same jak w części pierwszej.

Wyniki prezentują się w sposób następujący:
- ABS Devil Design: 67kg
- PET-G Filament PM: 85kg
- PA12 neutral DevilDesign: 61kg
- PLA w kolorze Aluminium DevilDesign: 115 i 117 kg
- PA12 CF15 Fiberlogy - filaments: 135 i 140kg.

Wykorzystany w tej części badań wytrzymałościowych ABS, to dokładnie ten sam zielony filament Devil Design, który pojawił się w części pierwszej. Wykorzystany został ponownie jako punkt odniesienia.

Dużym zaskoczeniem jest wynik PET-G marki Filament PM. Wytrzymałość tego materiału znacząco odbiega od czystego PET-G jak i PET-G napełnionego w 10% włóknem węglowym. Skąd taka duża wytrzymałość? Niestety na chwilę obecną jest to niewiadomą. W planach analiza DMTA oraz DSC celem sprawdzenia czy badany materiał nie jest mieszaniną różnych polimerów. Filament ten w postaci 300g szpuli został dołączony jako element pakietu upgrade Prusy MK3 do wersji S, co bardzo dobrze świadczy o czeskiej firmie biorąc pod uwagę wysoką wytrzymałość materiału.

Równie interesujące co wytrzymałość powyższego PET-G, było zachowanie się karabinka wykonanego z czystego PA12. Karabinek ten jako jedyny nie pękł. Odkształcił się na tyle, że wypadł z linek mocujących. Dzięki wysokiej sprężystości poliamidu 12 karabinek wrócił do pierwotnego kształtu i może być wykorzystany ponownie.

PLA ponownie u szczytu listy. Filament w kolorze “aluminium” odnotował średnio 6kg większą siłę w momencie zerwania niż czyste PLA tej samej firmy.

Na koniec wisienka na torcie, czyli PA12 CF15 dostarczone przez firmę Fiberlogy - filaments, które uplasowało się na pierwszym miejscu z średnim wynikiem 137.5kg. Filament ten jest bardzo wytrzymały mechanicznie, jednakże ze względu na skurcz przetwórczy jest też bardzo trudny w druku i wymaga aktywnie grzanej komory.

Politechnika Poznańska
Wydział Inżynierii Mechanicznej - Politechnika Poznańska

Druk 3D - technologia wykorzystywana do szybkiego prototypowania, zaś w zastosowaniu hobbystycznym służąca głównie do wytwarzania różnego rodzaju gadżetów, figurek, czy też przedmiotów ułatwiających życie...
Ale czy za pomocą FDM (Fused Deposition Modeling) będącą obecnie najpopularniejszą technologią druku 3D da się wytworzyć elementy mogące być poddane większemu obciążeniu jakim jest np. człowiek rozwieszony pomiędzy dwoma drzewami na kawałku tkaniny zwanej hamakiem?
Mateusz Markowski i Maria Ziegler , postanowili sprawdzić jak wytrzymały może być 9cm karabinek wydrukowany na drukarce 3D oraz które tworzywo cechować będzie się największą wytrzymałością na rozciąganie. Wyniki mogą Was zaskoczyć!

Zacznijmy jednak od metodyki badawczej. Rolę próbki badawczej pełnił model karabinka pobrany ze strony thingiverse: www.thingiverse.com/thing:2507698, a następnie przeskalowany do 90%. Karabińczyki wydrukowano przy użyciu dyszy stalowej o średnicy 0.6mm, a wysokość pojedynczej warstwy wyniosła 0.32mm. Przepływ tworzywa ustawiono na 102% celem uzyskania wypełnienia pozbawionego szczelin, zaś ilość obrysów została ustawiona na 12 tak, aby próbki składały się tylko z nich. Karabinczyki zostały poddane statycznej próbie rozciągania na maszynie Instron 4481 o maksymalnej sile rozciągającej 50kN.
Do badania wykorzystano następujące materiały: PLA natural (DevilDesign), PET-G natural transparent (Print-Me), PET-G wzmocnione 10% włókna węglowego (wytworzone na uczelni), zielony ABS (DevilDesign), szare ASA smooth (Print-Me), blend 50-50 PC/PET-G z dodatkiem elastomeru EBA-GMA oraz 1% nanorurek węglowych (wytworzone na uczelni). Dla porównania użyto także taniego karabinka z Aliexpres wykonanego ze stopu aluminium o nieznanym składzie chemicznym.

Wyniki badania (maksymalne obciążenie zarejestrowane przez aparaturę - przeliczone z kN na kg):
- PET-G: 28kg
- ASA: 31kg
- PC/PET-G CNT1: 38kg
- PET-G CF10: 55kg
- ABS: 64kg
- PLA: 108kg
- karabinek ze stopu aluminium: 115kg

Podsumowanie:
W kategorii karabinków wykonanych w technologii FDM czysty polilaktyd osiągając wartość 108kg pozostawił ABS i inne tworzywa sztuczne daleko w tyle. Czy zatem jest odpowiedni materiał na karabinki do hamaka? Biorąc pod uwagę, dużą zależność obciążenia od kąta pod jakim układają się linki hamaka oraz obecności sił o charakterze dynamicznym nie zaleca się wykorzystania do tego celu zarówno karabinka z PLA jak i taniego karabinka z aluminium.

Politechnika Poznańska
Wydział Inżynierii Mechanicznej - Politechnika Poznańska

Tak, to właśnie my 😄

Wiosna się już zaczęła, a co za tym idzie wiosenne urządzanie ogródka 😅 Jak już wspominaliśmy, nasz jeden z nowych projektów nawiązuje do ogrodnictwa. Pierwszy etap prac już za nami, którym było wydrukowanie próbek do dalszych badań z... żyłek do kos 😲
Próbki te będą następnie porównywane z próbkami wykonanymi z nylonu PA12.
Już nie możemy się doczekać jakie będą wyniki tych badań 😄
Politechnika Poznańska
Wydział Inżynierii Mechanicznej - Politechnika Poznańska

Święty Mikołaj przyszedł też do naszego koła 🎅
A co nam przyniósł???
Nowiutką drukarkę 3D 😯
Sprzęt na pewno się przyda do kilku najbliższych projektów, które mamy w planach na nowy rok 😄

Takie nowe cudeńko stanęło w laboratorium na wydziale 😍 mamy nadzieję na jakiś projekt związany z tą maszyną jak już wrócimy na uczelnię 😄