Экспериментальные исследования влияния 3D-печати при 100% заполнении на упругие свойства нитевидных образцов полимера PLA

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния 3D-печати при 100% заполнении на упругие свойства нитевидных образцов полимера PLA. Статическим методом и методом Терстона–Браггера одновременно измерены зависимость деформации и относительного изменения скорости упругих волн от приложенного механического напряжения (вплоть до разрыва) для исходного и 3D-напечатанного образцов полимера PLA. По результатам измерений рассчитаны линейный и нелинейный модули Юнга и акустический нелинейный параметр второго порядка. Установлено, что 3D-печать приводит к ухудшению прочностных и пластических характеристик полимера PLА. Обнаружено различное поведение нелинейных параметров исходного и 3D-напечатанного образцов полимера PLA в области нагрузки и разгрузки, которое связывается с изменением внутренней структуры образца, вызванным 3D-печатью.

About the authors

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет

Email: aikor42@mail.ru
Россия, 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы 1, стр. 2

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет

Email: aikor42@mail.ru
Россия, 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы 1, стр. 2

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет

Email: aikor42@mail.ru
Россия, 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы 1, стр. 2

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет

Author for correspondence.
Email: aikor42@mail.ru
Россия, 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы 1, стр. 2

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет

Email: aikor42@mail.ru
Россия, 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы 1, стр. 2

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет

Email: aikor42@mail.ru
Россия, 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы 1, стр. 2

References

  1. Schumacher C., Bickel B., Rys J., Marschner S., Daraio C., Gross M. Microstructures to control elasticity in 3D printing // ACM Trans. Graph. 2015. V. 34. P. 136:1–136:13.
  2. Cantrell J., Rohde S., Damiani D., Gurnani R., DiSandro L., Anton J., Young A., Jerez A., Steinbach D., Kroese C., Ifju P. Experimental Characterization of the Mechanical Properties of 3D Printed ABS and Polycarbonate Parts // Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics. 2017. V. 3. P. 89–105.
  3. Kao Y., Zhang Y., Wang J., Tai B.L. Loading–unloading cycles of three-dimensional-printed built bimaterial structures with ceramic and elastomer // J. Manuf. Sci. Eng. 2016. V. 139. P. 041006–041006-6.
  4. Zou R., Xia Y., Liu S., Hu P., Hou W., Hu Q., Shan C. Isotropic and anisotropic elasticity and yielding of 3D printed material // Compos. Part B Eng. 2016. V. 99. P. 506–513.
  5. Бошняк В.А., Языков А.В. Оценка возможности применения изделий из пластмасс, созданных посредством послойной наплавки материала, в силовой оснастке лабораторных установок // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. С. 311–320.
  6. Martin J.H., Yahata B.D., Hundley J.M., Mayer J.A., Schaedler T.A., Pollock T.M. 3D printing of high-strength aluminium alloys // Nature. 2017. V. 549. P. 365–369.
  7. Ma C., Dong Y., Ye C. Improving surface finish of 3D-printed metals by ultrasonic nanocrystal surface modification // Procedia CIRP. 2016. V. 45. P. 319–322.
  8. Schulze C., Weinmann M., Schweigel C., Keßler O., Bader R. Mechanical properties of a newly additive manufactured implant material based on Ti–42Nb // Materials (Basel). 2018. V. 11. P. 13–16.
  9. Ланцова Ю.А., Павленко Т.Г. 3D принтеры // Физика и современные технологии в АПК: материалы ХI Всероссийской молодежной конференции молодых ученых, студентов и школьников с международным участием, Орел, 19 февраля 2020 г. Орловский государственный аграрный университет им. Н.В. Парахина. Орел: ООО Полиграфическая фирма “Картуш”, 2020. С. 45–48.
  10. Wang J., Goyanes A., Gaisford S., Basit A.W. Stereolithographic (SLA) 3D printing of oral modified-release dosage forms // Int. J. Pharmaceutics. 2016. V. 503. P. 207–212.
  11. Msallem B., Sharma N., Cao S., Halbeisen F.S., Zeilhofer H.F., Thieringer F.M. Evaluation of the dimensional accuracy of 3D-printed anatomical mandibular models using FFF, SLA, SLS, MJ, and BJ printing technology // J. clinical medicine. 2020. V. 9. P. 817.
  12. Murr L.E., Martinez E., Amato K.N., Gaytan S.M., Hernandez J., Ramirez D.A., Shindo P.W., Ryan F.M., Wicker R.B. Fabrication of metal and alloy components by additive manufacturing: examples of 3D materials science // J. Materials Research and technology. 2012. V. 1. P. 42–54.
  13. Doshi M., Mahale A., Singh S.K., Deshmukh S. Printing parameters and materials affecting mechanical properties of FDM-3D printed Parts: Perspective and prospects // Materials Today: Proc. 2021. V. 50. P. 2269–2275.
  14. Wickramasinghe S., Do T., Tran P. FDM-based 3D printing of polymer and associated composite: A review on mechanical properties, defects and treatments // Polymers. 2020. V. 12. P. 1529.
  15. Lim L.T., Auras R., Rubino M. Processing technologies for poly(lactic acid) // Prog. Polym. Sci. 2008. V. 33. P. 820–852.
  16. Nakatsuka T. Polylactic Acid-Coated Cable // Fujikura Tech. Rev. 2011. P. 39–46.
  17. Farah S., Anderson D.G., Langer R. Reviews Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications – A comprehensive review // Advanced Drug Delivery. 2016. V.107. P. 367–392.
  18. La Mantia F.L., Morreale M. Green composites: A brief review. Composites, Part A // Appl. Sci. Manuf. 2011. V. 42. P. 579–588.
  19. Hamad K., Kaseem M., Ayyoob M., Joo J., Deri F. Polylactic acid blends: The future of green, light and tough // Progress in Polymer Science. 2018. V. 85. P. 83–127.
  20. de Ciurana J., Serenó L., Vallès E. Selecting Process Parameters in RepRap Additive Manufacturing System for PLA Scaffolds Manufacture // Procedia CIRP. 2013. V. 5. P. 152–157.
  21. Fernandez-Vicente M., Calle W., Ferrandiz S., Conejero A. Effect of Infill Parameters on Tensile Mechanical Behavior in Desktop 3D Printing // 3D Printing and Additive Manufacturing. 2016. V. 3. P. 183–192.
  22. Wittbrodt B., Pearce J.M. The effects of PLA color on material properties of 3-D printed components // Additive Manufacturing. 2015. V. 8. P. 110–116.
  23. Zhao G., Gomes F.P.C., Marway H., Thompson M.R., Zhu Zh. Physical Aging as the Driving Force for Brittle–Ductile Transition of Polylactic Acid // Macromol. Chem. Phys. 2020. V. 221. P. 1900475.
  24. Lanzotti A., Grasso M., Staiano G., Martorelli M. The impact of process parameters on mechanical properties of parts fabricated in PLA with an open-source 3-D printer // Rapid Prototyping Journal. 2015. V. 21. P. 604–617.
  25. Afrose M.F., Masood S.H., Iovenitti P., Nikzad M., Sbarski I. Effects of part build orientations on fatigue behaviour of FDM-processed PLA material // Progress in Additive Manufacturing. 2016. V. 1. P. 21–28.
  26. Ahmed A.A., Susmel L. Additively Manufactured PLA under static loading: strength/cracking behaviour vs deposition angle // Procedia Structural Integrity. 2017. V. 3. P. 407–507.
  27. Oztan C., Karkkainen R., Fittipaldi M., Nygren G., Roberson L., Lane M., Celik E. Microstructure and mechanical properties of three dimensional-printed continuous fiber composites // J. Composite Materials. 2019. V. 53. P. 271–280.
  28. Parker N., Mather M.L., Morgan S.P., Povey M. J. Longitudinal acoustic properties of poly(lactic acid) and poly(lactic-co-glycolic acid) // Biomedical Materials. 2010. V. 5. P. 055004.
  29. Wua H.-C., Shenb F.-W., Honga X., Changa W.V., Winet H. Monitoring the degradation process of biopolymers by ultrasonic longitudinal wave pulse-echo technique // Biomaterials. 2003. V. 24. P. 3871–3876.
  30. Antoniou A., Evripidou N., Giannakou M., Constantinides G., Damianou C. Acoustical properties of 3D printed thermoplastics // J. Acoust. Soc. Am. 2021. V. 149. P. 2854–2864.
  31. Коробов А.И., Кокшайский А.И., Михалев Е.С., Одина Н.И., Ширгина Н.В. Исследования упругих свойств полимера PLA статическими и ультразвуковыми методами // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 4. С. 387–394.
  32. Коробов А.И., Кокшайский А.И., Михалев Е.С., Одина Н.И., Ширгина Н.В. Поправки к “Исследования упругих свойств полимера PLA статическими и ультразвуковыми методами” [Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 4. С. 387–394] // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 3. С. 390.
  33. Saito S. Nonlinearity Parameter Measurement for Polymer Plates Using Focused Ultrasound // AIP Conf. Proc. 2008. V. 1022. P. 561–564.
  34. Solodov I., Pfleiderer K., Gerhard H., Busse G. Nonlinear acoustic approach to material characterization of polymers and composites in tensile tests // Ultrasonics. 2004. V. 42. P. 1011–1015.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (92KB)
Indexing metadata
3.

Download (127KB)
Indexing metadata
4.

Download (101KB)
Indexing metadata
5.

Download (126KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 А.Б. Володарский, А.И. Кокшайский, Н.И. Одина, А.И. Коробов, Е.С. Михалев, Н.В. Ширгина

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».