Blog
PLA 3D Baskı Dayanımı: Doluluk, Katman, Hız ve Duvarlar
Doluluk oranı, duvar sayısı, katman yüksekliği ve baskı hızının PLA dayanımını ASTM D638 çekme ve ASTM D790 eğilme deneylerinde nasıl etkilediğini görün.
Yıllar içinde yazdığım ve ortak yazarı olduğum çeşitli akademik makaleler yayımlandı.
Bazıları akademinin geleneksel dilini kullanıyor: uzun cümleler, hassas terimler, kısaltmalar, istatistik tabloları ve doğru olmakla birlikte her zaman okur dostu olmayan “büyük” kelimeler.
Bu dilin bir amacı var. Bilimsel bir makale dikkatli, yoğun ve teknik olarak savunulabilir olmalı.
Fakat bir fikri anlatmanın en kolay yolu her zaman bu değil.
Bu nedenle bu yazıda, danışmanlığını yürüttüğüm ve ortak yazarı olduğum bir çalışmayı laboratuvardan alıp yeniden atölyeye getiriyoruz.
Bu çalışmada kullanılan iki numune ailesi: ortası dar çekme numunesi ve dikdörtgen eğilme çubukları.
Buradaysanız muhtemelen bir 3D yazıcınız var. Ya da 3D yazıcıların nasıl çalıştığını öğrenmek isteyecek kadar meraklısınız.
Her iki durumda da tavşan deliğine yeniden hoş geldiniz.
Bu kez sorumuz basit:
Dilimleyicide değiştirdiğimiz ayarlar, bitmiş parçaya gerçekte ne yapıyor?
Hepimizin alışkanlıkları var.
Birisi “%100 doluluk en sağlamıdır” diyor. Bir başkası her baskıda üç duvar kullanıyor. Bir diğeri ise daha ince katmanların daha kaliteli hissettirdiğini düşünerek katman yüksekliğini azaltıyor.
Bazen bu seçimler işe yarıyor.
Ama mühendislik bir tahmin oyunu olmamalı.
Bir dilimleyici ayarı son ürünü değiştiriyorsa, bu etkinin ölçülmesini ve karşılaştırılmasını sağlayacak bilimsel bir yol da olmalı.
Bizim yapmaya çalıştığımız tam olarak buydu.
Kısa Cevap
Bu özel PLA çalışmasında:
- Ağırlıklı olarak çekme yüküne maruz kalacak bir parça için en yüksek doğrulama sonucu 0,15 mm katman yüksekliği, 60 mm/s baskı hızı, %50 doluluk ve 5 duvar ile elde edildi. Ortalama maksimum yük 572 N oldu.
- Ağırlıklı olarak eğilme yüküne maruz kalacak bir parça için deney matrisinde gözlenen en iyi kombinasyon 0,20 mm katman yüksekliği, 60 mm/s, %25 doluluk ve 5 duvar oldu. Maksimum yük 132,16 N idi.
- %100 doluluk otomatik olarak en sağlam parçayı üretmedi.
- Eğilme deneyinde en belirgin tekil etken duvar sayısıydı.
Bunlar evrensel reçeteler değil, bu çalışmaya dayanan başlangıç noktalarıdır. Yazıcı, filament, baskı yönü, parça geometrisi, soğuma koşulları ve gerçek yükleme biçimi sonucu değiştirebilir.
Doluluk, Katman Yüksekliği, Baskı Hızı ve Duvarlar PLA'yı Nasıl Etkiler?
Çalışmada eriyik yığma yöntemiyle PLA numuneleri üretildi ve neredeyse her dilimleyicide bulunan dört ayar incelendi:
| Parametre | Denenen seviyeler |
|---|---|
| Katman yüksekliği | 0,10; 0,15 ve 0,20 mm |
| Baskı hızı | 35, 60 ve 100 mm/s |
| Doluluk oranı | %25, %50 ve %100 |
| Kabuk / duvar çizgisi | 1, 3 ve 5 |
Dolgu deseni yaklaşık ±45 derecelik çizgilerden oluşan bir ağ olarak sabit tutuldu. Nozul sıcaklığı 210°C, baskı tablası 60°C ve oda sıcaklığı yaklaşık 25°C idi.
Bu koşulları sabit tutmak önemli.
Malzeme, nozul sıcaklığı, dolgu deseni, baskı yönü ve oda koşulları aynı anda değişirse, sonuçtaki farkı hangi değişkenin oluşturduğunu anlayamayız.
Katman yüksekliği
Katman yüksekliği, üst üste bırakılan her katmanın kalınlığıdır.
Daha küçük bir katman yüksekliği genellikle düşey yönde daha ince ayrıntı ve daha fazla katman sağlar. Daha büyük bir katman yüksekliği ise katman sayısını ve çoğu zaman baskı süresini azaltır.
Fakat yüzey ayrıntısı ile mekanik dayanım aynı şey değildir. Yan yana bırakılan filament yollarının ve üst üste gelen katmanların birbirine ne kadar iyi bağlandığı da önemlidir.
Baskı hızı
Baskı hızı, malzemenin ne kadar hızlı bırakıldığını belirler.
Hız değiştiğinde sıcak malzemenin bir önceki filament yolu veya katmanla birleşmesi için kalan süre de değişebilir. Boyutsal doğruluk, soğuma ve ekstrüzyonun kararlılığı bundan etkilenebilir.
Bu, “yavaş her zaman sağlam, hızlı her zaman zayıftır” anlamına gelmez. Hız yalnızca baskının ne zaman biteceğini belirleyen bir sayaç değil, ısıl ve mekanik sürecin bir parçasıdır.
Doluluk oranı
Dolgu, dış duvarların içinde kalan iç yapıdır.
Daha yüksek doluluk genellikle daha fazla malzeme, daha fazla ağırlık ve daha uzun baskı süresi demektir. Dış duvarlara daha fazla iç destek de sağlayabilir.
Akla ilk gelen varsayım şudur:
“%25 doluluk sağlamsa, %100 doluluk dört kat sağlam olmalı.”
Sonuçlar böyle davranmadı.
Duvar çizgisi sayısı
Duvarlar, baskının kesintisiz dış kabuğunu oluşturur.
Güncel dilimleyicilerde bu ayarı duvar çizgisi sayısı, çevre çizgisi veya duvar kalınlığı olarak görebilirsiniz.
Eğilme sırasında parçanın merkezinden uzakta bulunan malzeme, gerilmenin büyük bir bölümünü taşır. Bu nedenle dış duvarların sayısı yalnızca görsel bir ayar değildir.
Çekme ve Eğilme Numunelerinin Şekilleri Neden Farklı?
Deney makinelerine geçmeden önce numunelerin biçimine bakmak yararlı.
Şekilleri farklı, çünkü çekme ve eğilme yükleri parçaya farklı biçimlerde etki ediyor.
İki yükleme biçimi için kullanılan şematik numune şekilleri. Çizim ölçekli değildir.
Çekme numunesi, sık gördüğümüz kemik biçimine sahiptir: iki ucu geniş, ortası dardır.
Geniş uçlar deney makinesinin numuneyi güvenli biçimde tutmasını sağlar. Ortadaki dar bölüm ölçüm bölgesi olarak adlandırılır. Uzamanın ve sonunda kopmanın tutuculardan uzakta, kontrollü bir bölgede gerçekleşmesini amaçlar.
Eğilme numunesi ise düz, dikdörtgen bir çubuktur.
Sabit kesiti sayesinde iki desteğin üzerine tekrarlanabilir biçimde yerleştirilir ve makine merkezine yük uygular. Bu çalışmadaki eğilme numuneleri yaklaşık 127 × 12,7 × 3,2 mm boyutlarındaki önerilen dikdörtgen geometriyi izledi.
Bu şekiller süs değil, deneyin bir parçasıdır.
Her numune farklı geometride olsaydı dilimleyici ayarları kadar şeklin etkisini de sınamış olurduk.
ASTM D638 ve ASTM D790: PLA Dayanımı Nasıl Ölçüldü?
Pil rehberinde, mühendislikte neredeyse her zaman bir standart bulunduğundan söz etmiştim.
Standartlar ortak boyutlar, tanımlar, deney yöntemleri ve raporlama kuralları verir. Farklı mühendislerin numuneleri karşılaştırılabilir biçimde hazırlamasını ve sınamasını sağlar.
Bu çalışmada iki ASTM standardı kullandık:
- ASTM D638 — Plastiklerin Çekme Özellikleri için Standart Deney Yöntemi. D638, bir plastik çekme numunesinin nasıl biçimlendirilmesi, hazırlanması, tutulması ve çekilmesi gerektiğini açıklar. Farklı malzemeler ve numune boyutları için çeşitli numune tipleri tanımlar; çekme özelliklerinin hesaplanmasında kullanılacak ölçümleri tarif eder. Malzeme miktarı ve yazıcının kullanılabilir alanı nedeniyle daha küçük Type V kemik biçimli numuneyi kullandık. Aynı geometriyi ve deney yöntemini izlemek, sonuçtaki farkın bir numunenin diğerinden daha geniş ya da dar olmasından veya farklı tutulmasından kaynaklanma olasılığını azaltır.
- ASTM D790 — Takviyesiz ve Takviyeli Plastiklerle Elektriksel Yalıtım Malzemelerinin Eğilme Özellikleri için Standart Deney Yöntemleri. D790, dikdörtgen bir plastik çubuğun üç noktalı yükleme düzeninde nasıl sınanacağını tanımlar. Numune geometrisi, iki destek arasındaki açıklık, yükün merkeze uygulanması ve kuvvet ile sehimin değerlendirilmesi gibi ayrıntıları kontrol eder. Çalışmada kullanılan önerilen numune yaklaşık 127 × 12,7 × 3,2 mm idi. D790, deneyin nerede sonlandırılacağını yorumlarken de önemlidir: izin verilen şekil değiştirme veya sehim koşulları içinde kırılmadan eğilmeye devam eden bir numune, sıradan bir eğilme dayanımı deneyi tamamlamış gibi raporlanamaz.
Bu standartlar hangi dilimleyici ayarının kazanacağını söylemez.
Fakat ayarları karşılaştırabileceğimiz kontrollü bir oyun alanı kurar.
Çekme deneyi nedir?
Çekme deneyi basit bir soruya cevap arar:
Numuneyi iki ucundan çektiğimizde ne olur?
Kemik biçimli numunenin geniş uçları iki tutucuya sıkıştırılır. Deney makinesi daha sonra tutucuları kontrollü bir hızda birbirinden uzaklaştırır.
Dar ölçüm bölgesi uzarken makine şunları kaydeder:
- Çekme kuvveti
- Uzama veya yer değiştirme
- Maksimum yük
- Numunenin nerede ve nasıl hasar gördüğü
Çekme deneyinde numune zıt yönlere çekilirken kuvvet ve uzama birlikte kaydedilir.
Başlangıçta numune yüke direnir ve uzar. Kuvvet yükseldikçe basılı filament yolları ve katmanlar bu yükü birlikte taşır. Sonunda hasar başlar, numune artan kuvveti artık taşıyamaz ve kopar.
Bu yazıda maksimum çekme yükü, numunenin artan yükü taşıma kabiliyetini kaybetmeden önce kaydedilen en büyük çekme kuvvetidir.
Yükü evrensel bir malzeme dayanımıyla karıştırmamak gerekir. Yük, newton cinsinden bir kuvvettir. Çekme gerilmesi gibi malzeme özellikleri numunenin kesit alanını da hesaba katar.
Numuneler aynı kontrollü geometriyle hazırlandığı için maksimum yük, bu deney içindeki farklı baskı ayarlarını karşılaştırmamızı sağlayan yararlı bir ölçüdür.
Üç noktalı eğilme deneyi nedir?
Üç noktalı eğilme deneyi başka bir soru sorar:
Uçları destekleyip ortasına bastığımızda ne olur?
Dikdörtgen numune iki destek makarasının üzerine oturur. Üçüncü yükleme burnu merkezden aşağı hareket eder. Yöntemin adı da buradan gelir: iki destek noktası ve bir yükleme noktası.
Üst yüzey basma altında sıkışırken alt yüzey çekme altında uzar.
Deney makinesi şunları kaydeder:
- Aşağı yöndeki kuvvet
- Merkezdeki sehim
- Maksimum yük
- Numunenin çatlaması, kırılması veya eğilmeyi sürdürmesi
Çubuğun üstü basma, altı ise çekme yükü altındadır. Aralarında boyuna gerilmenin sıfırdan geçtiği, nötr eksen adı verilen bir bölge bulunur.
Bu gerilme dağılımı, eğilmede dış duvarların neden bu kadar önemli olduğunu açıklar. Dış yüzeylere yakın malzeme, çekme ve basma gerilmelerinin en yüksek olduğu yerde bulunur.
Standart burada önemlidir; çünkü rastgele şekiller basıp elimizle sıkıştırarak hangisinin daha sağlam hissettirdiğine karar vermiyoruz.
Numune geometrisi, destek düzeni ve deney yöntemi kontrol altında.
Bu, küçük bir deneyi evrensel yapmaz. Deneyi tekrarlanabilir, karşılaştırmayı ise anlamlı kılar.
81 Olasılığı 81 Kombinasyon Basmadan Denemek
Dört parametrenin her biri üç seviyeye sahip olduğunda:
3 × 3 × 3 × 3 = 81 olası kombinasyon
Tüm kombinasyonları basıp sınamak çok fazla zaman ve malzeme gerektirirdi.
Bunun yerine Taguchi L9 ortogonal dizisi kullandık.
Basit anlatımla Taguchi yöntemi, daha küçük ama dengeli bir deney grubu seçmenin sistematik yoludur. Başlangıçtaki 81 kombinasyonu dokuza indirirken dört parametrenin etkisini karşılaştırmamıza olanak verdi.
Her kombinasyon için hem çekme hem eğilme deneylerinde üçer numune üretildi. Ana deney matrisinde toplam 54 numune vardı.
Parametreleri sıralamak için daha büyük daha iyidir sinyal-gürültü oranını, değişimin hangi parametrelerle ilişkili olduğunu incelemek için de varyans analizini kullandık.
Karmaşık görünen ifadenin arkasındaki soru şuydu:
Hangi ayarlar maksimum yükü tutarlı biçimde yükseltti, hangilerinin etkisi deneysel değişkenliğin içinde kayboldu?
Deney matrisinin tamamı ve ölçülen maksimum yükler, yayımlanmış makalenin Tablo III'ünde birlikte verildi:
Yayımlanmış makaledeki özgün Tablo III. 10a ve 11b satırları sırasıyla çekme ve üç noktalı eğilme doğrulama deneyleridir.
Öne çıkan etken yükleme biçimiyle değişti: çekmede doluluk, eğilmede ise duvar sayısı ilk sıradaydı.
PLA Çekme Deneyi Sonuçları
Çekme yüklemesinde Taguchi sinyal-gürültü sıralaması şöyleydi:
- Doluluk oranı
- Duvar sayısı
- Katman yüksekliği
- Baskı hızı
Denenen seviyelerde ortalama maksimum yükün en yüksek olduğu ayarlar:
- %50 doluluk
- 5 duvar
- 0,15 mm katman yüksekliği
- 60 mm/s baskı hızı
Bu kombinasyonla basılan doğrulama numuneleri ortalama 572 N maksimum yük taşıdı.
Bu, çalışmada kaydedilen en yüksek çekme sonucuydu. 0,15 mm katman, 35 mm/s, %50 doluluk ve 5 duvar kullanan başka bir kombinasyondaki 564,75 N değerinin az farkla üzerindeydi.
Şekil 6 okunabilirlik için yayımlanmış makaleden yeniden çizildi. Eğri biçimleri yayımlanmış grafiği izler; maksimum yükler ham makine verilerinden yeniden üretilmemiş, Tablo III'e dayandırılmıştır.
Burada önemli bir ders var:
En yüksek çekme sonucu %100 dolulukla elde edilmedi.
Üç doluluk seviyesinin ortalama maksimum yükleri yaklaşık olarak:
| Doluluk | Ortalama maksimum çekme yükü |
|---|---|
| %25 | 311,8 N |
| %50 | 465,1 N |
| %100 | 410,6 N |
Bu sonuç, %50 doluluğun her zaman %100 doluluktan güçlü olduğunu kanıtlamaz.
Ayarlar tek başına değil, kombinasyonlar hâlinde denendi. Ayrıca çekme deneyindeki tekil faktörlerin varyans analizi, yaygın kabul gören 0,05 anlamlılık eşiğini geçmedi. Örneğin doluluk, çekme sıralamasında en yüksek etkiye sahipti; ancak tek yönlü analizde p değeri 0,172 idi.
Dikkatli sonuç şu olmalı: doluluk ve duvar sayısı bu deneyin sınırları içinde en büyük çekme sinyallerini üretti; %100 doluluğu düşünmeden seçmek ise bu sonuçlarla desteklenmedi.
PLA Üç Noktalı Eğilme Deneyi Sonuçları
Üç noktalı eğilmede sıralama değişti:
- Duvar sayısı
- Doluluk oranı
- Baskı hızı
- Katman yüksekliği
Duvar sayısı çalışmanın en belirgin sonucuydu.
Ortalama maksimum eğilme yükleri:
| Duvar sayısı | Ortalama maksimum eğilme yükü |
|---|---|
| 1 | 89,47 N |
| 3 | 100,47 N |
| 5 | 128,72 N |
Bir duvardan beş duvara çıkmak, bu deney matrisindeki ortalama maksimum eğilme yükünü yaklaşık %44 artırdı.
Duvar sayısının p değeri 0,019 idi. Böylece tek yönlü analizlerde yaygın 0,05 anlamlılık eşiğini geçen tek bireysel faktör oldu.
Bu sonuç mekanik açıdan anlamlı.
Eğilme sırasında en yüksek çekme ve basma gerilmeleri numunenin dış yüzeylerine yakın oluşur. Kesintisiz dış duvarlar eklemek, gerilmenin en yüksek olduğu bölgeye daha fazla malzeme yerleştirir.
Şekil 7 okunabilirlik için yayımlanmış makaleden yeniden çizildi. Seri numaraları yayımlanmış şekli izler; maksimum yükler Tablo III'e dayanır.
İlk dokuz kombinasyon arasında gözlenen en yüksek eğilme yükü 132,16 N idi:
- 0,20 mm katman yüksekliği
- 60 mm/s baskı hızı
- %25 doluluk
- 5 duvar
Daha sonra Taguchi modelinin öngördüğü kombinasyon doğrulama deneyi için basıldı:
- 0,10 mm katman yüksekliği
- 100 mm/s baskı hızı
- %25 doluluk
- 5 duvar
Bu doğrulama deneyi 97 N verdi; gözlenen en iyi kombinasyonun altında kaldı. Numune ayrıca ASTM D790 değerlendirmesinde kullanılan maksimum sehim koşulunu karşılamadı.
Bu nedenle 97 N veren ayarları evrensel bir “optimum” olarak sunmam.
Bir optimizasyon modeli, doğrulama deneyi onu destekleyene kadar tahmindir.
Burada doğrulama deneyi, daha fazla çalışma gerektiğini söyledi.
%100 Doluluk Neden Otomatik Olarak Kazanmadı?
Deneyin ilk bakışta en şaşırtıcı bölümü bu.
Daha fazla malzeme daha fazla dayanım sağlamalı, değil mi?
Çoğu zaman yardımcı olur. Fakat bitmiş parça bir sistemdir.
Davranışı ayrıca şunlara bağlıdır:
- Dış duvarların yükü nasıl taşıdığı
- Dolgunun duvarlara nasıl bağlandığı
- Filament yollarının yönü
- Katmanlar arası bağ
- Boşluklar ve ekstrüzyonun kararlılığı
- Soğuma ve kalıntı gerilmeler
- Uygulanan yükün yönü
- Numunenin geometrisi
Bu deneyde eğilme için duvar sayısını artırmak, iç bölgenin tamamını doldurmaktan daha değerliydi.
Bu, yoğun dolgunun yararsız olduğu anlamına gelmez. Doluluk yüzdesinin tek başına “dayanım” için yetersiz bir tanım olduğunu gösterir.
İşlevsel bir parça tasarlarken yükün nereden geçtiğini sorun.
Bu soru çoğu zaman yalnızca parçanın ne kadar dolu olduğunu sormaktan daha yararlıdır.
Soğuma Üzerine Bir Not
Numuneler üretilirken soğuma da pratik problemin bir parçası hâline geldi.
Kesitin değiştiği bölgeler farklı hızlarda soğuyabilir. Düzensiz soğuma, mekanik deney başlamadan önce kalıntı gerilmeler, çarpılma veya zayıf bölgeler oluşturabilir.
Çekme numunelerinin dar ölçüm bölgesindeki ani soğuma farkını azaltmak için bu bölgenin yanlarına metal çubuklar yerleştirildi.
Bu ayrıntı, dilimleyicinin sürecin tamamı olmadığını hatırlatıyor.
Oda sıcaklığı, hava akımı, tabla sıcaklığı, malzemenin durumu, makine kalibrasyonu ve soğuma davranışı deney makinesine ulaşan parçayı etkileyebilir.
Çevresindeki süreç kontrol altında değilse kusursuz kaydedilmiş bir dilimleyici profili tek başına yeterli olmaz.
Bu Çalışmadan Dilimleyiciye Taşıyacağım PLA Ayarları
Çalışmayı atölyede kullanabileceğimiz derslere indirgersem şunları saklarım:
Çekme yüküne dayanması gereken parça için başlangıç ayarları
Temel görevi iki ucundan çekilmeye direnmek olan bir PLA parça basacak olsaydım, denenen aralıkta ilk olarak şu profili denerdim:
| Ayar | Çalışmaya dayanan başlangıç noktası |
|---|---|
| Katman yüksekliği | 0,15 mm |
| Baskı hızı | 60 mm/s |
| Doluluk oranı | %50 |
| Duvar çizgisi sayısı | 5 |
| Dolgu deseni | ±45° ağ |
| Nozul sıcaklığı | 210°C |
| Tabla sıcaklığı | 60°C |
Bu, standardize numunelerde ortalama 572 N maksimum yük taşıyan çekme doğrulama kombinasyonuydu.
Bunu garanti edilmiş bir reçete değil, başlangıç profili olarak kabul ederdim. Gerçek parçanın yönünü, beklenen çekme yükü mümkün olduğunca kesintisiz filament yollarından geçecek biçimde seçerdim. Filament, nozul, ekstrüzyon genişliği, makine, parça geometrisi veya yön değişirse profili yeniden sınamak gerekir.
Eğilmeye direnmesi gereken parça için başlangıç ayarları
Parça onu eğmeye çalışan bir yüke dayanacaksa ilk dokuz deneyde gözlenen en iyi kombinasyonla başlardım:
| Ayar | Çalışmaya dayanan başlangıç noktası |
|---|---|
| Katman yüksekliği | 0,20 mm |
| Baskı hızı | 60 mm/s |
| Doluluk oranı | %25 |
| Duvar çizgisi sayısı | 5 |
| Dolgu deseni | ±45° ağ |
| Nozul sıcaklığı | 210°C |
| Tabla sıcaklığı | 60°C |
Bu kombinasyon deney numunesinde 132,16 N maksimum eğilme yükü taşıdı.
Buradaki en yararlı ayar beş dış duvar. Duvar sayısı eğilmede en belirgin sonucu verdi; doluluğu %100'e çıkarmak sonucu otomatik olarak iyileştirmedi.
Ancak “en yüksek yükü taşımak” ile “en az esnemek” aynı ölçüm değildir.
Bu çalışma ayarları ağırlıklı olarak maksimum yüke göre sıraladı. Asıl hedef minimum sehimse beş duvarı başlangıç noktası olarak tutar, ayrıca tasarımı değiştirirdim: eğilme yönündeki kesit yüksekliğini artırmak, uygun yerlere kaburga eklemek, desteksiz açıklıkları kısaltmak ve kesintisiz duvarları yük yolu boyunca yönlendirmek. Geometri, rijitlik üzerinde tek bir dilimleyici ayarından çok daha büyük etki yaratabilir.
1. Duvarları bilinçli artırın
Eğilmeye direnen parçalarda duvar sayısını artırmak, doğrudan %100 doluluğa çıkmaktan daha etkili olabilir.
2. Doluluk yüzdesini dayanım notu gibi okumayın
Doluluk; duvar, desen, baskı yönü ve yük yönüyle birlikte çalışır. Yüzde değeri tek başına bütün hikâyeyi anlatmaz.
3. İnce katman otomatik olarak daha sağlam değildir
Katman yüksekliği ayrıntıyı, süreyi ve bağlanmayı etkiler; fakat en küçük katman yüksekliği bu deneyde mekanik sonuçlara egemen olmadı.
4. Hız sürecin bir parçasıdır
Baskı hızı yalnızca bitiş zamanını değiştirmez. Malzemenin bırakılmasını ve bağlanmasını etkileyebilir, fakat bu deneylerin başlıca faktörü değildi.
5. Kombinasyonu doğrulayın
İstatistiksel model umut verici bir ayar önerebilir. “Optimum” demeden önce o ayarla numune basın ve deneyin.
6. Gerçekte önem verdiğiniz yükleme biçimini sınayın
Çekmede iyi çalışan ayar eğilmede en iyi olmayabilir. Gerçek parça darbe, yorulma, ısı, sürünme, burulma veya tekrarlı yüklerle de karşılaşabilir.
“Sağlam” kelimesi, neye karşı sağlam olduğunu söylemeden eksiktir.
Kendi Küçük Deneyinizi Nasıl Kurabilirsiniz?
Evrensel bir deney makineniz olmayabilir; yine de tahminden daha iyisini yapabilirsiniz.
- Tek bir malzeme, yazıcı, nozul, baskı yönü ve numune geometrisi seçin.
- Sabit tutacağınız ayarları yazın.
- Karşılaştırmak için az sayıda parametre ve seviye seçin.
- Her ayar için yalnızca bir değil, birkaç numune basın.
- Numuneleri aynı koşullarda bekletin ve aynı yöntemle sınayın.
- Hasar yükünü, hasarın yerini, kütleyi, baskı süresini ve görünen kusurları kaydedin.
- Sonucunuzu ancak tekrarlanan ölçümler destekliyorsa değiştirin.
Ölçüm düzeni parçanın taşıdığı riske uygun olmalı.
Basit bir atölye düzeneği, bir braket veya muhafaza hakkında çok şey öğretebilir. Fakat arıza birini yaralayabilecek veya ciddi hasara yol açabilecekse kalibre edilmiş ekipmanın ve doğru standardın yerini tutmaz.
Sonuçları İhtiyatla Okuyun
Bu yazı, danışmanlığını yürüttüğüm ve ortak yazarı olduğum bir araştırmaya dayanıyor. Sonuçlar gerçek, fakat belirli bir deney penceresine ait:
- Tek malzeme: PLA
- Tek yazıcı ve ekstrüzyon düzeni
- Tek dolgu deseni
- Tek baskı yönü
- Seçilen her parametre için üç seviye
- Çekme ve üç noktalı eğilme yükleri
- Temel karşılaştırma olarak maksimum yük
Önemli olan her değişkeni sınamadık.
Nozul çapı, ekstrüzyon genişliği, filament markası, nem, filament yollarının yönü, parça yönü, fan stratejisi, nozul sıcaklığı, tabla tutunması, dolgu deseni ve makine kalibrasyonu sonucu değiştirebilir.
Burada dayanım kelimesini de dikkatle kullanmak gerekir. Çalışma öncelikle standardize basılı numunelerin taşıdığı maksimum kuvveti karşılaştırdı. Bu değer her tasarıma doğrudan kopyalanabilecek evrensel bir malzeme özelliği değildir.
Bulguları kanıt ve başlangıç noktası olarak kullanın; sihirli bir PLA profili olarak değil.
PLA 3D Baskı Dayanımı Hakkında Sık Sorulan Sorular
PLA için en sağlam doluluk oranı nedir?
Her PLA parça için geçerli tek bir “en sağlam” doluluk oranı yoktur. Bu çalışmada %50 doluluk, denenen seviyeler arasında en yüksek ortalama maksimum çekme yükünü verdi. Gözlenen en iyi eğilme kombinasyonunda ise %25 doluluk ve 5 duvar vardı. Geometri, baskı yönü, duvar sayısı, dolgu deseni, yazıcı, filament ve yük yönü değiştiğinde cevap da değişir.
%100 doluluk her zaman en sağlam mıdır?
Hayır. Bu deneyde %100 doluluk en yüksek ortalama çekme yükünü vermedi. En iyi gözlenen eğilme sonucunda da yoğun dolgu yerine beş dış duvar öne çıktı. Daha fazla malzeme yardımcı olabilir; fakat malzemenin yük yolu boyunca nereye yerleştirildiği de en az miktarı kadar önemlidir.
Daha fazla duvar 3D baskıyı güçlendirir mi?
Özellikle parça eğilmeye direnmek zorundaysa güçlendirebilir. Bu deney matrisinde bir duvardan beş duvara çıkmak ortalama maksimum eğilme yükünü yaklaşık %44 artırdı. Duvar sayısı, tek yönlü eğilme analizinde yaygın istatistiksel anlamlılık eşiğini geçen tek bireysel faktördü.
En sağlam PLA baskısı için hangi katman yüksekliği kullanılmalı?
Evrensel bir katman yüksekliği yoktur. Başarılı çekme doğrulamasında 0,15 mm, gözlenen en iyi eğilme kombinasyonunda 0,20 mm kullanıldı. Daha ince katman daha iyi ayrıntı sağlayabilir; ancak otomatik olarak daha sağlam değildir.
Bu ayarları her işlevsel parçada kullanabilir miyim?
Hayır. Bunlar bu çalışmadaki çekme veya eğilme davranışını tekrar denemek için yararlı başlangıç noktalarıdır; herhangi bir parçanın tasarım dayanım değeri değildir. Gerçek kullanımda baskı yönünü, yük yönünü, sıcaklığı, sürünmeyi, yorulmayı, darbeyi, emniyet katsayısını ve parçanın arızalanması durumunda ne olacağını da düşünün.
Yayımlanmış Makaleyi Okuyun
Yayımlanmış makaleye IEEE Xplore üzerinden ulaşabilirsiniz.
IEEE Xplore veya kurumunuz üzerinden erişemiyorsanız info@attalos.life adresine bir e-posta bırakın; bir kopyasını memnuniyetle paylaşırım.
Son Söz
Birkaç sıradan dilimleyici ayarıyla başlayan çalışma; deney tasarımı, standardize numuneler, çekme yükü, eğilme, soğuma, istatistik ve doğrulama deneyleriyle devam etti.
Tavşan deliği işte bu.
Katman yüksekliği, baskı hızı, doluluk ve duvarlar bitmiş parçayı etkiliyor. Fakat birbirlerinden bağımsız çalışmıyorlar ve ilk bakışta en mantıklı görünen ayar her zaman en iyi sonucu vermiyor.
Bizim deney aralığımızda çekme için en güçlü sinyalleri doluluk ve duvar sayısı üretti.
Eğilmede en belirgin faktör duvar sayısıydı.
Ve %100 doluluk otomatik olarak kazanmadı.
Buradan çıkarılacak büyük ders, herkesin PLA'yı tek bir ayar kombinasyonuyla basması değil.
Ders şu:
Tanımlayabiliyor, deneyebiliyor, karşılaştırabiliyor ve doğrulayabiliyorsanız tahmin etmeyin.
Çünkü mühendislik bir tahmin oyunu değildir.