Левин Дмитрий Юрьевич, старший преподаватель, кафедра графики, конструирования и информационных технологий в промышленном дизайне
394026, г. Воронеж, Московский просп., 14
Dmitrii Yu. Levin, Senior Lecturer, Department of Graphics, Design and Information Technologies in Industrial Design
14 Moskovsky Prospekt, Voronezh 394026
Болдырев Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии машиностроения
394026, г. Воронеж, Московский просп., 14
Aleksandr I. Boldyrev, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology
14 Moskovsky Prospekt, Voronezh 394026
Подшибякин Максим Евгеньевич, магистрант
394026, г. Воронеж, Московский просп., 14
Мaksim E. Podshibyakin, Master’s Degree Student
14 Moskovsky Prospekt, Voronezh 394026
Рябинина Ольга Алексеевна, аспирант
394026, г. Воронеж, Московский просп., 14
Olga А. Riabinina, Postgraduate Student
14 Moskovsky Prospekt, Voronezh 394026
Цель работы – провести исследование, сравнительный анализ и оценку прочностных характеристик термопластичных изделий, изготовленных с использованием технологии 3D-печати методом Fused Deposition Modelling (моделирование методом послойного наплавления). Экспериментальные исследования проводились на образцах, изготовленных из различных термопластичных материалов, в частности PLA+ (Polylactic Acid), TPU E95A (Thermoplastic Polyurethane) и TPU 60D CFF (Thermoplastic Polyurethane with Carbon Fiber Fill). Испытания 15 образцов осуществлялись на электромеханической универсальной испытательной машине WDW-100E (Китай). Рассматривались механические свойства, такие как прочность, пластичность и упругость при растяжении неметаллических термопластичных материалов. Выявлено, что образцы, изготовленные из различных термопластичных материалов, показывают разнообразие механических свойств (прочность, пластичность и упругость) при растяжении и поведении при максимальной нагрузке до 1,39 кН. Это позволило предложить рекомендации по настройке параметров печати для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик деталей, изготовляемых из рассматриваемых типов пластика, и использованию изучаемых материалов в машиностроении, автомобилестроении, медицине и др. По результатам проведенных исследований сформирована сравнительная таблица образцов. Показано, что важным параметром, дополняющим выбор структуры заполнения изделия, является ориентация модели при печати. Слои, уложенные в плоскости печатного стола, обеспечивают прочность при разрыве до 60 МПа, тогда как в перпендикулярном положении этот показатель снижается в несколько раз. Ориентация детали на платформе должна выбираться с учетом направления предполагаемых эксплуатационных нагрузок. Результаты работы будут полезны для таких отраслей, как машиностроение, автомобилестроение и судостроение, где изделия подвергаются высоким механическим нагрузкам. Полученные данные помогут улучшить долговечность и надежность изделий, а также повысить эффективность и экономическую обоснованность производства.
This study examines the tensile properties of thermoplastic components manufactured using fused deposition modeling (FDM). Experimental tests were carried out on samples printed from three thermoplastic materials: polylactic acid (PLA+), thermoplastic polyurethane (TPU E95A), and carbon-filled thermoplastic polyurethane (TPU 60D CFF). Fifteen samples were tested using an electromechanical universal testing machine (WDW-100E, China) to determine their strength, ductility, and elasticity. The results show that samples printed from different thermoplastics exhibit a wide range of tensile properties and distinct behavior under maximum loads reaching up to 1.39 kN. To optimize the performance of components made from the studied plastics, recommendations for adjusting printing parameters were developed, along with guidance for their use in mechanical engineering, automotive engineering, medicine, and related fields. The experimental data are summarized in a comparative table, which shows that print orientation and infill structure are critical parameters. Depositing layers in the plane of the build platform provides tensile strengths of up to 60 MPa, while printing in the perpendicular orientation significantly reduces this value. Therefore, part orientation should be selected according to the anticipated direction of service loads. The results are directly applicable to industries such as mechanical and automotive engineering and shipbuilding, where high mechanical loads demand improved durability, reliability, and production efficiency.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.