Экспериментальное исследование различных способов постобработки пластиковых деталей, изготовленных методом 3D-печати

Цель работы – провести сравнительный анализ и оценку методов обработки поверхностей пластиковых изделий, изготовленных с использованием технологии 3D-печати методом Fused Deposition Modelling (моделирование методом послойного наплавления). Экспериментальные исследования производились на образцах, изготовленных из ABS-пластика с помощью различных инструментов физической, термической и химической обработки, таких как: электрического гравера с абразивными кругами крупной и мелкой зернистости, фетрового полировального круга и абразивной пасты, бор-фрезы; ацетона, дихлорметана (метилена хлористого); паяльного фена; полупроводникового лазерного гравера NEJE Master с регулировкой мощности лазерного излучения. Изучение проводилось с помощью оптического портативного и цифрового микроскопов. Основное внимание в статье было уделено практическому рассмотрению существующих методов обработки поверхности изделий из ABS-пластика, их недостаткам и преимуществам. В результате проведенного сравнительного анализа методов обработки поверхностей изделий из ABS-пластика была проведена визуальная оценка результатов обработки поверхности различными методами по нескольким критериям. Сравнение проводилось среди полученных типов поверхностей, четкости слоев, однородности поверхности, степени деформации, наличию царапин/трещин, раковин, наплывов, вздутий. Их сравнение было проведено на основе выдвинутых критериев. Сравнительный анализ различных методов обработки показал, что наилучший результат полученного качества был достигнут при обработке поверхности c помощью лазерного излучения. Показано, что данный метод имеет недостаток, который заключается в необходимости предварительной настройки лазера и потенциальной сложности обработки объемных деталей. Результаты данного исследования можно применять в машиностроении при изготовлении деталей с использованием аддитивных технологий для управления качеством поверхности пластиковых изделий.

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.