Projektowanie i addytywne wytwarzanie wyrobów pod konkretne zastosowania wymaga wiedzy o właściwościach wydruków 3D, które nie są tożsame z własnościami tworzyw sztucznych takich jak poliamidy czy elastomery. Wynika to między innymi ze specyfiki technologii druku 3D, w której powstają obiekty. Konstruktorów, chcących wykorzystać produkcję addytywną do wytwarzania funkcjonalnych części, interesuje również jak na właściwości wydruków 3D wpływa np. stopień ich wypełnienia lub orientacji podczas procesu drukowania.
Badania materiałowe
Pozwalają określić najważniejsze właściwości mechaniczne i chemiczne gotowych elementów. Przy pomocy specjalistycznej aparatury pomiarowej można testować wytrzymałość na rozciąganie, określić sprężystość, odporność na zarysowania, twardość i szereg innych właściwości wytworzonych części. Testy są wykonywane z użyciem szeregu technik badań fizycznych, chemicznych i mechanicznych, za pomocą których można określić zarówno strukturę, jak i właściwości materiałów , a przede wszystkim zależności pomiędzy nimi. Określenie wpływu struktury na właściwości materiałów oraz możliwości zapobiegania niepożądanym zmianom ich właściwości użytkowych (np. przez zmiany struktury) pozwala na lepsze opracowywanie sposobów otrzymywania, używania oraz ochrony (np. przed korozją) materiałów o ściśle określonych cechach użytkowych. Badania materiałowe mają zatem silny wpływ nie tylko na planowane cechy użytkowe produktów końcowych, ale też pomagają zbadać i opracować efektywne metody ich produkcji i przetwarzania.
Dzięki łączeniu materiałów addytywnie można wytwarzać lżejsze części bez utraty ich izotropii, co powinno zostać zweryfikowane w próbach określających najważniejsze właściwości mechaniczne i fizyczne powstałych wydruków.
Na czym te próby polegają?
Wytworzenie wydruków 3D o odpowiednich kształtach (zgodnych z normami), z tworzyw sztucznych o różnych stopniach wypełnienia, wykonanych w orientacji pionowej i poziomej pozwala przy pomocy specjalistycznej aparatury pomiarowej sprawdzić wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości podłużnej, wydłużenie przy zerwaniu, udarność, twardość, temperaturę ugięcia próbki pod obciążeniem, temperaturę mięknienia materiału etc.
Testy wytrzymałości na rozciąganie to fundament inżynierii i materiałoznawstwa, dlatego są szeroko stosowane w różnych metodach produkcji, takich jak formowanie wtryskowe, obróbka skrawaniem i druk 3D klasy przemysłowej (produkcja addytywna – AM). W przypadku AM przeprowadzenie próby wytrzymałości na rozciąganie zapewnia wgląd w jakość i zachowanie mechaniczne materiału drukowanego w 3D, dzięki temu można się upewnić, że prototyp lub gotowy produkt przetrwa odpowiednią ilość czasu w określonych warunkach.
Najczęściej wykonywane badania
Odporność elementu na zużycie podczas pracy i obciążenia mechaniczne jest kluczową kwestią przy wyborze odpowiedniego materiału produkcyjnego, podobnie jak wyznaczenie gęstości ciał stałych, dlatego są to podstawowe próby, które warto wykonać przed realizacją projektu. Badanie odporności wyrobów na światło i warunki pogodowe, ocena chropowatości powierzchni, oraz pomiar grubości powłok, pozwala z kolei właściwie ocenić wpływ fotostabilizatora i stopień degradacji powierzchni wyrobu w określonym czasie jego eksploatowania. Znajomość najważniejszych właściwości mechanicznych i fizycznych wydruków 3D jest niezbędna do zaprojektowania i wykonania konkretnego produktu, który musi spełniać wymagane właściwości mechaniczne i termiczne, a przeprowadzenie odpowiednich badań dodatkowo przyczyniając się do poprawy jakości, obniżenia kosztów produkcji i lepszego dostosowania się do wymagań rynkowych.
