ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРОВ АЦЕТОНА НА КАЧЕСТВО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАПЕЧАТАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

УДК 678.745.32:004.925:661.727.4

 

Кордикова Елена Ивановна – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: kordikova@belstu.by

Дьякова Галина Николаевна – магистр технических наук, старший преподаватель кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: kravchenyagn1994@gmail.com

Ходер Виктория Богуславовна – аспирант кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: vh58998673194@gmail.com

Смеян Вероника Евгеньевна – инженер кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: verunya.smeyan@mail.ru

DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2024-283-20.

 

Ключевые слова: аддитивные технологии, ABS, постобработка, качество поверхности, ацетон, профилограмма.

Для цитирования: Кордикова Е. И., Дьякова Г. Н., Ходер В. Б, Смеян В. Е. Экспериментальное исследование влияния паров ацетона на качество боковой поверхности напечатанных изделий // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2024. № 2 (283). С. 176–183. DOI: 10.52065/2520-2669-2024-283-20.

 

Аннотация

В условиях роста популярности аддитивных технологий и широкого применения 3D-печати в различных отраслях – от промышленности до медицины – вопрос обеспечения высокого качества поверхности напечатанных изделий становится все более актуальным. Целью исследования является анализ влияния паров ацетона на качество поверхности 3D-печатных деталей из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS). В ходе эксперимента использовались напечатанные образцы из ABS-пластика. Они помещались в специально сконструированную камеру, где создавалась атмосфера горячих паров ацетона. Температура внутри нее поддерживалась на уровне 56°C, что является оптимальным для растворения верхнего слоя ABS-пластика без ухудшения его структурной целостности. Установка оснащена датчиком температуры и системой вывода паров ацетона, что предотвращает передержку и обеспечивает безопасность процесса. В результате проведенных экспериментальных исследований процесса обработки напечатанных образцов парами ацетона горячим методом установлено, что изменение параметров шероховатости с течением времени и скорость сглаживания имеют нелинейную зависимость. Для получения глянцевой поверхности с показателями шероховатости Ra = 0,2 мкм и Rz = 1 мкм достаточно 10 мин. Процесс сглаживания оказался довольно эффективным для снижения шероховатости на 90%. Однако следует отметить, что данная обработка также приводит к нежелательному сглаживанию острых ребер, что может быть критично для некоторых применений.

Полученные экспериментальные зависимости показателей шероховатости поверхности от времени выдержки в горячих парах ацетона и скорости процесса сглаживания могут быть полезны для оценки эффективности химической постобработки поверхности ацетоном и определения требуемой степени обработки. Это исследование демонстрирует важность точного контроля времени обработки, так как чрезмерная выдержка может привести к избыточному сглаживанию и потере критических геометрических характеристик. Текущие результаты стимулируют дальнейшие исследования в области усовершенствования технологии химической обработки поверхностей, а также разработки новых систем контроля и оптимизации параметров обработки, что поспособствует повышению качества и расширению применения 3D-печатных изделий в различных сферах.

Скачать

Список литературы

  1. Зотов О. Ю., Фролов Д. А. Особенности метода изготовления изделий путем послойного наплавления материала // Ученый ⅩⅩⅠ века. Технические науки. 2016. № 1. С. 7–11.
  2. Аддитивные технологии – динамично развивающееся производство / О. Н. Гончарова [и др.] // Инженерный вестник Дона. 2016. № 4. С. 1–12.
  3. Tensile strength of commercial polymer materials for fused filament fabrication 3D printing / G. Nagendra Tanikella [et al.] // Additive Manufacturing. 2017. Vol. 15. P. 40–47.
  4. Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing / S. Ligon [et al.] // Chemical Reviews. 2017. Vol. 117, no. 15. P. 10212–10290.
  5. Effect of post-process treatments on mechanical properties and surface characteristics of 3D printed short glass fiber reinforced PLA/TPU using the FDM process / Lan Cao [et al.] // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2023. Vol. 41. P. 135–143.
  6. Зленко М. А., Попович А. А., Мутылина И. Н. Аддитивные технологии в машиностроении. СПб.: Издательство политехнического университета, 2013. 222 с.
  7. Определение геометрической точности и шероховатости поверхности малогабаритных деталей круглого и квадратного сечения, получаемых в зависимости от расположения в рабочем пространстве принтера по технологии селективного лазерного плавления из стали марки 12Х18Н10Т / И. В. Горбатов [и др.] // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019. № 1. С. 59–67.
  8. Galantucci L. M., Lavecchia F., Percoco G. Experimental study aiming to enhance the surface finish of fused deposition modeled parts // CIRP Annals Manufacturing Technology. 2009. Vol. 58, no. 1. P. 189–192.
  9. Zhang S. Numerical evaluation of ABS parts fabricated by fused deposition modeling and vapor smoothing // Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal. 2017. Vol. 2, no. 6. P. 157–161.
  10. Куликов М. Ю., Ларионов М. А., Гусев Д. В. Исследование взаимосвязи шероховатости поверхности прототипированных образцов с условиями их базирования при изготовлении // Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. № 2 (50). С. 108–111.
  11. Chohan J. S., Singh R. Pro and post processing techniques to improve surface characteristics of FDM parts: a state of art review and future applications // Rapid Prototyping Journal. 2017. No. 3. P. 495–513.
  12. Dimensional accuracy analysis of coupled fused deposition modeling and vapour smoothing operations for biomedical applications / J. S. Chohan [et al.] // Composites. Part B: Engineering. 2017. Vol. 117. P. 138–149.
  13. Sensitivity of RP surface finish to process parameter variation / B. Vasudevarao [et al.] // Solid Freeform Fabrication Proceedings. 2000. P. 251–258.
  14. Vasilescu M. D., Groza I. V. Influence of technological parameters on the roughness and dimension of flat parts generated by FDM 3D printing // Nonconventional Technologies Review. 2017. Vol. 21, no. 3. P. 18–23.
  15. Investigation on the Scale Factor applicable to ABS based FDM Additive Manufacturing / H. Rahman [et al.] // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5. P. 1640–1648.
  16. Постобработка моделей после 3D печати // 3D-DIY. URL: https://3d-diy.ru/wiki/3d-printery/ postobrabotka-modelej-posle-3d-pechati/ (дата обращения: 10.03.2024).
  17. Якубович Д. И., Васеничева А. В. Снижение шероховатости поверхности изделий из пластика ABS, полученных методом аддитивных технологий // Вестник Белорусско-Российского университета. 2021. № 3 (72). С. 99–107.
  18. Investigation of post processing techniques to reduce the surface roughness of fused deposition modeled parts / A. S. Rao [et al.] // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2012. Vol. 3 (3). P. 531–544.
  19. Garg A., Bhattacharya A., Batish A. On surface finish and dimensional accuracy of FDM parts after cold vapor treatment // Materials and Manufacturing Processes. 2016. Vol. 31 (4). P. 522–529.
  20. Garg A., Bhattacharya A., Batish A. Effect of cold vapour treatment on geometric accuracy of fused deposition modelling Parts // Rapid Prototyping Journal. 2017. Vol. 23, no. 6. P. 1226–1236.
  21. Lalehpour A., Janeteas C., Barari A. Surface Roughness of FDM Parts after Post-Processing with Acetone Vapor Bath Smoothing Process // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 95. P. 1505–1520.
  22. Singh J., Singh R., Singh H. Investigations for improving the surface finish of FDM based ABS replicas by chemical vapor smoothing process: a case study // Assembly Automation. 2017. Vol. 37, no. 1. P. 13–21.
  23. Neff C., Trapuzzano M., Crane N. B. Impact of Vapor Polishing on Surface Quality and Mechanical Properties of Extruded ABS // Rapid Prototyping Journal. 2018. Vol. 24, no. 2. P. 501–508.
  24. Investigation for surface finish improvement of FDM parts by vapor smoothing process / R. Singh [et al.] // Composites. Part B: Engineering. 2017. Vol. 111. P. 228–234.

Поступила 14.06.2024