Оптимальные режимы печати и постобработки полимерных изделий, полученных по SLA-технологии аддитивного производства

Появление инновационных производственных технологий, таких как аддитивный синтез, требует одновременного развития методов оценки качества выпускаемой продукции. На начальном этапе внедрения новых способов производства в различные отрасли промышленности, как правило, применяют наиболее изученные и широко используемые на практике методы контроля. В большинстве случаев это стандартные разрушающие испытания. В качестве альтернативы стандартным испытаниям на растяжение, применяемым для оценки упругих и прочностных свойств полимерных изделий, полученных по SLA-технологии, в работе предложен метод динамического индентирования. На примере высокотемпературной фотополимерной смолы High Temp RS-F2-HTAM-01 показана возможность оптимизации способов 3D-печати и режимов постобработки на основании данных динамического индентирования. Показано, что наибольшему охрупчиванию подвержены непигментированные фотополимеры из-за своей возможности пропускать УФ-излучение в объём синтезированного материала. Выявлено, что охрупчивание полимерного материала в меньшей мере сказывается на результате измерения его динамической твёрдости, чем предела прочности при растяжении. Установлено, что доотверждение полимерных изделий при высоких температурах (вплоть до 160 °С) и УФ-излучении мощностью 39 Вт позволяет повысить их прочность и модуль упругости на 170 % и 85 % соответственно, по сравнению с состоянием до обработки. Доказано, что чувствительность метода динамического индентирования к изменению физико-механических характеристик изделий, полученных по SLA-технологии при различных видах и режимах их постобработки, сопоставима с чувствительностью стандартных испытаний на растяжение.

1. Godec Damir, Gonzalez-Gutierrez Joamin, Nordin, Axel, Pei Eujin, Ureña Alcázar Julia. A Guide to Additive Manufacturing. Springer; 2022.324 p. DOI: 10.1007/978-3-031-05863-9

2. Rangappa SM, Gupta MK, Siengchin S, Song Q. Additive and Subtractive Manufacturing of Composites. Singapore; 2021.247 p. DOI: 10.1007/978-981-16-3184-9

3. Katheng A, Kanazawa M, Iwaki M, Minakuchi S. Evaluation of dimensional accuracy and degree of polymerization of stereolithography photopolymer resin under different postpolymerization conditions: An in vitro study. The Journal of Prosthetic Dentistry. 2021;125(4):695-702. DOI: 10.1016/j.prosdent.2020.02.023

4. Ans Al Rashid, Waqas Ahmed, Muhammad Yasir Khalid, Muammer Koc. Vat Photopolymerization of Polymer and Polymer Composites: Processes and Applications. Additive Manufacturing; 2021.102279 р. DOI: 10.1016/j.addma.2021.102279

5. Ngo TD, Kashani A, Imbalzano G, Nguyen KTQ, Hui D. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B: Engineering. 2018;143:172-196. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.02.012

6. Kren AP, Pratasenia TA. Determination of the physic and mechanical characteristics of isotropic pyrolitic graphite by dynamic indentation method. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2014;50(7):419-425. DOI: 10.1134/S1061830914070079

7. Oliver WC, Pharr GM. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. J. Mater. Res. 2004;19(1):3-20. DOI: 10.1557/jmr.2004.19.1.3

8. Oliver WC, Pharr GM. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res. 1992;7(6):1564-1583. DOI: 10.1557/jmr.1992.1564

9. Lee A, Komvopoulos K. Dynamic spherical indentation of elastic-plastic solids. International Journal of Solids and Structures. 2018;146:180-191. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2018.03.028

10. Pratasenia TA, Kren AP, Dyakova HN. Application of the dynamic indenting method for evaluation of the hardness and elasticity module of the material of products obtained by the extrusive method of additive production from a carbon-filled composite materials. Mechanics of Composite Materials. 2022;58(3):383-394. DOI: 10.1007/s11029-022-10036-z