FDMプロセスパラメータが印刷部品の微細構造と耐摩耗性に与える影響

FDMプロセスパラメータが印刷部品の微細構造と耐摩耗性に与える影響
寄稿者: 朱思堯、王玲

最近、リビアのバニワリド高等工学技術大学の機械工学部の研究者らは、決定的スクリーニング設計 (DSD) 法を使用して、層の厚さ、エアギャップ、充填角度、印刷方向、押し出しワイヤ幅、シェルターン数などの FDM プロセスパラメータが PC-ABS 印刷部品の耐摩耗性に与える影響を調査しました。


図 1. FDM プロセス パラメータ。摩耗テストは、高さ 35 mm、直径 6 mm のサンプルに 10 N の正圧を加えて、24°C の乾燥環境で実施しました。摩擦ヘッドは 300r/min の速度で回転しました。各サンプルは、摩耗損失を計算する前に 10,000 回転摩擦されました。比摩耗率(SWR)の計算式は次のとおりです。


結果は、層の高さが増加すると、サンプルの SWR 値が増加する (つまり、耐摩耗性が低下する) ことを示しています。 0.1mm および 0.3mm の層を持つ試験片を観察すると、より低い層の高さの設定で印刷された試験片は、印刷品質と表面品質が向上し、接触面の摩擦が減少します。エアギャップの増加により多孔質構造が形成され、サンプルの密度が低下し、SWR 値が低下します。充填角度が 90° の場合、押し出されたフィラメントの印刷方向がサンプルの幅方向と平行になるため、充填角度が増加すると摩耗率が大幅に減少します。さまざまな充填角度でのサンプルの表面構造を図 2 に示します。印刷方向が異なると段差効果の度合いも異なり、摩耗性能に影響を及ぼします。押し出されたワイヤとシェルのターン数が中程度の場合、サンプルの耐摩耗性は向上します。


図 2. (a) 主効果図、(b) 部品表面における異なる格子角度の影響。この研究では、決定論的スクリーニング設計を使用して、FDM プロセス パラメータが摩耗率に与える影響を調査しました。要約すると、格子角度、層の厚さ、印刷方向、シェルの回転数は、FDM 印刷部品の摩耗性能に影響を与える最も重要なパラメータです。摩耗率は層の厚さと印刷方向の減少とともに減少しますが、格子角度の増加とともに減少します。この研究では、プロセスパラメータと摩耗メカニズムの関係を調査し、印刷された部品の実際の摩耗度と微細構造を検出しました。また、FDMプロセスパラメータが他の材料の摩耗特性に与える影響の理論的根拠も提供しました。

参考文献:
Ahmed MO、Hasan MS、Lal BJ。積層造形法で製造されたPC-ABS部品の摩耗挙動の解析[J]。Materials Letters、2018、230:261-265。

寄稿者: 朱思堯、王玲 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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