ANYAGOK, MÓDSZEREK

A próbatesteket az MSZ EN ISO 6892-1:2016 szabványnak megfelelően gyártottuk OBJET Eden 350V additív gyártó berendezéssel. Ehhez a próbatest CAD modelljét kellett elkészíteni, ami alapján az additív gyártó berendezés elkészítette azokat.

Az OBJET Eden 350V berendezés PolyJet technológiával készít modelleket. Ez egy rétegről rétegre történő gyártási eljárás. Minden egyes réteg előre definiált vastagságú, ennek értéke kétféle lehet: 16 mikrométer és 30 mikrométer. A vékonyabb rétegek használatával pontosabb modell készíthető, de több idő szükséges ehhez. Vizsgálataink során mindkét rétegvastagsággal elkészítettük a próbatesteket, tehát a 2. ábrán látható készlet két példányban készült, eltérő rétegvastagsággal. A modell felépítése során az anyagot a nyomtató egység juttatja a munkatérbe 8 darab fejen keresztül, melyek mindegyike 96 db 5 mikrométer átmérőjű nyílással rendelkezik. A fej az 1. ábra szerinti x irányban alternáló mozgást végez. A rétegek kialakítását követően egy, a fejben található henger simítja a modell felületét, a simítás iránya azonos a nyomtató egység mozgásának irányával. A nyomtatás során a munkatér alsó felülete végzi a függőleges irányú mozgást úgy, hogy minden réteg után 16 vagy 30 mikrométerrel lejjebb ereszkedik, a nyomtató egység magassága állandó.

Az OBJET Eden 350V berendezés fotopolimer műgyantából építi fel a modellt. A műgyanta folyékony halmazállapotban jut a munkatérbe. A nyomtató egység két oldalán két erős ultraibolya fényt adó lámpa helyezkedik el, melyek fényének hatására a műgyanta polimerizálódik, ennek eredményeképpen megkeményedik.

A technológia fentebb ismertetett vázlatából is kiviláglik, hogy két különleges térbeli irány is megkülönböztethető a PolyJet eljárásban. A nyomtatófej és a simító henger mozgásirányában (y irány) kismértékű nyújtás várható, ami már önmagában is megalapozza azt, hogy az anyagjellemzők irányfüggők legyenek. Ezzel együtt a simítás folyamata x irányban kismértékű kinyomódást, z irányban lefelé pedig tömörödést, lapulást eredményez. Ezek e

70

jelenségek a jelen cikkben tárgyalt anyagjellemzőkön túl a méretpontosságot és a felületi érdességet is irányfüggővé teszik, melyeket korábbi munkánkban vizsgáltunk [2,3].

A 2. ábra szemlélteti a próbatesteknek a munkatéren belüli elhelyezkedését. A cikk további részében a próbatest orientációja, vagy irányítása alatt a nyomtatáskor a munkatérben elfoglalt helyzetének megfelelően a hossztengelyének irányát értjük. Például a munkatér lapjára merőlegesen elhelyezett próbatestek orientációja "z".

1. ábra A nyíregyházi Egyetem OBJET Eden 350V típusú 3D nyomtatója (additív gyártó berendezés). A technológia két speciális irányt jelöl ki a térben: a nyomtatófej és a simító henger y irányba mozog, a rétegek síkjának normálvektora a z tengely irányába mutat.

A szakítóvizsgálatokat a tanszékünk akkreditált anyagvizsgáló laboratóriumában működő SZ10 típusú terhelő berendezéssel végeztük el.

Az elszakított próbatestek felületének morfológiai vizsgálatához a tanszékünkön működő HITACI SU-1510 típusú pásztázó elektronmikroszkópot (SEM) használtuk. A felvételek nagyítása 10 és 500 között változott, 15 kV gyorsítófeszültség mellett. Ez egy elektronágyú típusú SEM kompakt felépítéssel, kiegészítő egységekkel. A mintatartó legfeljebb 153 mm nagyságú mintát képes befogadni. A mikroszkóp számítógéphez csatlakozik, amelynek segítségével elvégezhető a kísérletek beállítása és a felvételek rögzítése, elemzése.

71

2. ábra A próbatestek helyzete a munkatérben testmodell formájában és a gyártást követően a valóságban. A próbatestek készletét két példányban, eltérő, 16 és 30 mikrométeres

rétegvastagsággal készítettük el.

3. EREDMÉNYEK

Az elkészített próbatesteket szakítóvizsgálatnak vetettük alá. A vizsgálat eredményeit és azok statisztikai feldolgozásának főbb számait az 1. táblázat mutatja.

rétegvastagság

(mikrométer) orientáció

átlag szórás

16 x 2,033 0,057

16 y 2,167 0,057

16 z 1,267 0,202

30 x 2,050 0,050

30 y 1,983 0,176

30 z 1,900 0

1. Táblázat A szakítóvizsgálatok során mért szakítóerők átlaga és szórása. Az első oszlop azt mutatja, hogy a próbatest milyen rétegvastagsággal készült, a második a gyártás során a

próbatest irányítását a munkatérben.

A szakítóvizsgálatok eredményei alapján két kérdésre kerestünk választ.

Az egyik kérdés, hogy az additív gyártás során a munkatéren belüli orientáció mennyire befolyásolja az elkészített próbatest elszakításához szükséges erő nagyságát. Ezt a kérdést meg lehet vizsgálni külön a 16 µm rétegvastagsággal és a 30 µm rétegvastagsággal készített próbatestek esetén. Feltételeztük, hogy a sokaságok normális eloszlásúak, ugyanakkor általában a szórások nem egyeznek, így a Welch-próbát alkalmaztuk a várható értékek egyezőségének vizsgálatára 0.05 szignifikanciaszinten. A 16 µm rétegvastagsággal készített próbatestek esetén szignifikáns különbség mutatható ki a Welch-próbával a várható értékek között, míg a 30 µm rétegvastagsággal készített próbatestek esetén a Welch-próba nem mutat szignifikáns különbséget.

A 16 mikrométer rétegvastagság esetén a z irányú próbatestek szakítószilárdsága szignifikánsan különbözik az összes többiétől.

A másik kérdés, ami vizsgálható az, hogy ugyanolyan gyártási orientáció esetén a különböző rétegvastagsággal készített munkadarabok elszakításához szükséges erő nagyságának várható

72

értékében van-e szignifikáns különbség. Mindkét esetben azt találtuk, hogy nincs, tehát a rétegvastagság megváltoztatása nem okoz szignifikáns eltérést

Az elektronmikroszkópos vizsgálatok megmutatták a szakítóvizsgálat során kialakult mikrorepedéseket (4. ábra), és a repedésterjedés irányát (3. és 5. ábrák).

3. ábra Az elszakított próbatest három jellemző, és egymástól lényegesen eltérő felülete, elektronmikroszkópos felvétel, 16-szoros nagyítás

4. ábra Repedések a tört felület közelében. A bal oldali ábra bal felső részén egy nagy repedés látható a tört felülettel párhuzamosan, igen közel ahhoz (50-szeres nagyítás). A jobb oldali

ábra a bal oldali ábra alsó részéről készült 500-szoros nagyításban, 90 fokkal elfordítva, számos mikrorepedés látható a felületen.

73

5. ábra A tört felület makro és mikro mintázatai. A bal oldali ábrán a sugaras mintázat a repedés terjedésének nyomait mutatja. A jobb oldali ábrán 210-szeres nagyításban látható a tört felület, és az, hogy a repedés a rétegekre közel merőlegesen terjedt úgy, hogy a rétegek

elszakadtak.

4. KÖVETKEZTETÉSEK

PolyJet technológiával készített szabványos próbatestek szakítóvizsgálatát végeztük el.

Kimutattuk, hogy a szakításhoz szükséges erő függ a gyártási orientációtól és a gyártás során alkalmazott rétegvastagságtól is. Az elszakított próbatestek mikroszerkezetét elektronmikroszkóppal figyeltük meg. Megfigyeltük a próbatesteken kialakult mikrorepedéseket, és azt, hogy a különböző orientáció esetén a repedésterjedés iránya is eltér.

5. FELHASZNÁLT IRODALOM

[1] D. L. BOURELL, M. C. LEU, D. W. ROSEN (eds.), Roadmap for additive manufacturing, identifying the future of freeform processing, University of Texas, Laboratory for Freeform Fabrication, Advanced Manufacturing Center, USA, 2009 https://wohlersassociates.com/roadmap2009.pdf (downloaded on 25.03.2015)

[2] G. DEZSŐ, P. KÓSA, Roughness of plane faces produced by additive manufacturing, International Journal of Engineering, X. 2. pp 181-184. ISSN:1584-2665, 2012

[3] G. DEZSŐ, I. DUDÁS, P. KÓSA, A. SZÁZVAI, Study on size accuracy of 3D printing, XXVI. microCAD International Scientific Conference, University of Miskolc, 29-30 March, 2012. (elektronic issue, ISBN: 978-963-661-773-8,

L8_Dezso_Gergely.pdf)

[4] N. HOPKINSON, Additive manufacturing: What’s happening and where are we going with printing in the third dimension?

http://www.researchgate.net/publication/266469818_Additive_Manufacturing_What%

27s_happening_and_where_are_we_going_with_printing_in_the_third_dimension_A dditive_Manufacturing_What%27s_happening_and_where_are_we_going_with_printi ng_in_the_third_dimension, (downloaded on 24.03.2015), 2010

[5] WOHLERS T, CAMPBELL RI, Pushing the Design Boundaries with Metal AM, 3D Metal Printing, 2016(Spring), 2016 Full text:

http://3dmpmag.com/magazine/article.asp?iid=1&aid=11341 .

74