Προσδιορισμός μέτρου ελαστικότητας FFF δοκιμίων προσθετικών κατασκευών

Μακρής, Ιωάννης

Young's modulus determination of FFF additive manufacturing specimens

Διπλωματική εργασία

Author

Μακρής, Ιωάννης

Date

2023-03-09

Advisor

Σαγιάς, Βασίλειος
Στεργίου, Κωνσταντίνος

Makris_46147735.pdf (2.810Mb)

Keywords

Προσθετική κατασκευή ; Μηχανικές ιδιότητες ; Μέτρο ελαστικότητας ; Εφελκυσμός ; Additive manufacturing ; Fused filament fabrication ; FFF ; PLA ; Polylactic acid ; Mechanical properties ; Young's modulus

Abstract

Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη έρευνα για τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας Young για λεπτά δοκίμια που κατασκευάζονται με τη χρήση της τεχνολογίας Fused Filament Fabrication. Η μελέτη επικεντρώνεται σε δοκίμια κατασκευασμένα από υλικό PLA, ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο θερμοπλαστικό στον τομέα της προσθετικής κατασκευής. Η πειραματική μεθοδολογία περιλαμβάνει την κατασκευή δοκιμίων PLA μέσω FFF, ακολουθούμενη από μια σειρά δοκιμών εφελκυσμού για την αξιολόγηση της μηχανικής συμπεριφοράς τους υπό αξονική φόρτιση. Η έρευνα περιλαμβάνει ολόκληρη τη διαδικασία, από τον σχεδιασμό του τρισδιάστατου μοντέλου και την κοπή σε φέτες έως την εκτύπωση και τις δοκιμές, εξασφαλίζοντας μια σχολαστική ανάλυση της απόκρισης του υλικού στη μηχανική καταπόνηση. Χρησιμοποιώντας προηγμένο εξοπλισμό και μεθοδολογίες δοκιμών, καθορίζεται η σχέση τάσης – ανοιγμένης παραμόρφωσης για τα δοκίμια PLA, επιτρέποντας τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας - μια θεμελιώδης παράμετρος που χαρακτηρίζει τη δυσκαμψία ενός υλικού. Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας Young, όπως η ταχύτητα εκτύπωσης, ο προσανατολισμός εκτύπωσης και η θερμοκρασία εκτύπωσης, διερευνώνται διεξοδικά για να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την επίδρασή τους στις μηχανικές ιδιότητες του PLA και άλλων υλικών που εκτυπώνεται με FFF. Συγκριτικές αναλύσεις με συμβατικές μεθόδους κατασκευής και καθιερωμένες ιδιότητες υλικού συμβάλλουν στην επικύρωση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Η συγκεκριμένη εργασία ερεύνησε τις παραμέτρους raster angle και shells.

Abstract

This thesis presents a comprehensive investigation into the determination of Young's modulus for thin specimens fabricated using Fused Filament Fabrication (FFF) Additive Manufacturing (AM) technology. The study focuses on specimens made from Poly-Lactic Acid (PLA) material, a widely used thermoplastic in the field of AM. The experimental methodology involves the fabrication of PLA specimens through FFF, followed by a series of tensile tests to evaluate their mechanical behavior under axial loading. The research encompasses the entire process, from 3D model design and slicing to printing and testing, ensuring a meticulous analysis of the material's response to mechanical stress. Utilizing advanced testing equipment and methodologies, the stress-strain relationship is established for the PLA specimens, enabling accurate determination of Young's modulus—a fundamental parameter that characterizes a material's stiffness. Key factors affecting the Young's modulus determination, such as print speed, print orientation, and print temperature, are thoroughly investigated to provide insights into their impact on the mechanical properties of FFF-printed PLA. Comparative analyses with conventional manufacturing methods and established material properties contribute to the validation of the experimental results. This paper investigated the raster angle and shells parameters.