Wykazano, że drukowanie 3D z PLA w postaci granulatu jest tańsze i szybsze niż drukowanie z PLA w postaci filamentu, ale do tej pory nie przeprowadzono solidnych badań porównawczych powstałych części.
Nowe badanie opublikowane właśnie w czasopiśmie Additive Manufacturing i sfinansowane przez Europejską Agencję Kosmiczną porównało części drukowane w 3D z granulatu z częściami drukowanymi z filamentów pod względem wytrzymałości i ogólnej jakości.
„Wyniki nie wykazały znaczących różnic (> 0,05) we właściwościach mechanicznych drukowanych części z materiałów opartych na filamentach (FME) i granulkach (GME) pod względem wytrzymałości na rozciąganie, wytrzymałości na zginanie i modułu sprężystości oraz udarności” – twierdzą autorzy publikacji Granule-based Material Extrusion is Comparable to Filament-based Material Extrusion in terms of Mechanical Performances of Printed PLA Parts: A Comprehensive Investigation.
Liu pisze, że „poprzednie badania wykazały mieszane wyniki, przy czym niektóre z nich wykazały gorszą wydajność mechaniczną drukowanych części GME w porównaniu z odpowiednikami FME, podczas gdy inne wykazały porównywalną lub nieco lepszą wydajność”. Badania te były jednak „ograniczone do oceny wytrzymałości na rozciąganie lub zginanie” i „brakowało jasnego wyjaśnienia na ich poparcie”, mówi.
Przyjmując bardziej wyczerpujące podejście, testy porównawcze Liu obejmowały testy rozciągania, testy udarności, testy zginania 3-punktowego i testy twardości, aby ujawnić kompleksowe właściwości mechaniczne drukowanych części. Ponadto jego zespół przeprowadził analizę części za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), obrazowania termicznego, testów reologicznych i chromatografii żelowej (GPC).
Jak porównywano drukowanie?
W badaniu wykorzystano filament z kwasu polimlekowego (PLA) o średnicy 1,75 mm firmy Real Filament z Wateringen w Holandii. Jako materiał granulatu użyto tego samego filamentu, tylko pociętego nożyczkami na kawałki o średnicy 1-2,5 mm. Drukarka to Creality Ender 3 Pro, używana od razu po wyjęciu z pudełka, a następnie zmodyfikowana za pomocą głowicy do wytłaczania granulatu firmy Mahor i silnika krokowego Nema 17.
Większość parametrów drukowania, z wyjątkiem prędkości wytłaczania i prędkości drukowania, została ustawiona na te same wartości dla obu metod drukowania.
Kilka punktów różnic
Chociaż porównywane części różniły się bardzo nieznacznie w prawie wszystkich aspektach, było kilka punktów, w których Liu znalazł kontrast.
Średnia masa cząsteczkowa próbek wydrukowanych z pelletu była wyższa niż próbek z filamentu, co można przypisać niższej rzeczywistej temperaturze komory wytłaczania pelletu ze względu na „jej inną lokalizację między grzałką, termistorem i komorą topienia w porównaniu do głowicy wytłaczania filamentu” – czytamy w badaniu.
Dlatego też wyniki dotyczące właściwości mechanicznych – wytrzymałości na rozciąganie, wytrzymałości na zginanie i udarności – próbek peletu były nieco wyższe niż w przypadku odpowiedników z filamentu. „Im wyższa masa cząsteczkowa, tym lepsza wytrzymałość na rozciąganie, zginanie i uderzenia, ponieważ wyższy stopień splątania łańcuchów polimerowych w amorficznych obszarach polimeru skutkuje wyższym oporem ruchu” – wyjaśniono w raporcie.
Wydruki z granulatu mają nieco niższą średnią wartość twardości niż próbki z filamentu, co można przypisać ich bardziej szorstkiej powierzchni i nieco niższej gęstości, zgodnie z raportem. Średnie wartości Shore’a D wyniosły 81,44 dla pelletu i 82,28 dla filamentu.
Liu doszedł do wniosku, że przy porównywalnych właściwościach mechanicznych, drukowanie 3D z użyciem granulatu pozwala uniknąć etapu wytwarzania filamentu, oszczędzając czas i pieniądze.
Chociaż w badaniu nie oceniano drukowania przy użyciu materiałów pochodzących z recyklingu lub złomu, ekstrapoluje się, że drukowanie granulatu „ma możliwość recyklingu odpadów termoplastycznych i drukowania materiałów wrażliwych na ciepło bezpośrednio w postaci granulek”, co skutkuje „oszczędnością kosztów, zmniejszonym wpływem na środowisko oraz bardziej wydajnymi i usprawnionymi procesami drukowania 3D”.
Żródło: https://all3dp.com
