DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).2.79-86
Міцність виробів із PLA залежно від щільності заповнення та орієнтації шарів при FDM-друці
Про авторів
Мусієнко Ольга Станіславівна , доктор філософії, старший викладач кафедри динаміки і міцності машин та опору матеріалів, НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8255-3909, e-mail: olga.musinko@gmail.com
Білий Олександр Володимирович, здобувач вищої освіти за спеціальністю «Прикладна механіка», НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0002-1968-0993, e-mail: oleksandr.bilyi-mp31@lll.kpi.ua
Анотація
У роботі досліджено вплив щільності заповнення та орієнтації шарів на механічні властивості зразків із PLA, виготовлених методом FDM-друку. Проведено повний факторний експеримент і побудовано регресійну модель, що підтверджує визначальний вплив орієнтації шарів на міцність матеріалу. Встановлено, що правильний вибір комбінації параметрів друку дозволяє досягти оптимального балансу між жорсткістю, пружністю та міцністю. Запропоновано оптимальні параметри друку, які забезпечують економію матеріалу до 25% без суттєвих втрат міцності, що робить результати дослідження корисними для практичного застосування у виробництві функціональних деталей методом адитивного виробництва.
Ключові слова
FDM-друк, PLA, міцність, щільність заповнення, орієнтація шарів, регресійна модель
Повний текст:
PDF
Посилання
1. Tymoshenko, O., Musiienko, O., & Demeshko, Y. (2025). Technological damage to structures made by 3D printing. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 1, 11(42), 101–107. https://doi.org/10.32515/2664-262x.2025.11(42).1.101-107.
2. Afshar, R., Jeanne, S., & Abali, B. E. (2023). Nonlinear Material Modeling for Mechanical Characterization of 3- D Printed PLA Polymer With Different Infill Densities. Applied Composite Materials, 30, 987–1001. https://doi.org/10.1007/s10443-023-10122-y.
3. Akhondi, S., Christopher-Denny, Matte, & Tsz Ho Kwok. (2023). A study on mechanical behavior of 3D printed elastomers with various infills and densities. Manufacturing Letters, 35(Suppl.), 592–602. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.08.035.
4. Banerjee, S. S., Burbine, S., Kodihalli Shivaprakash, N., & Mead, J. (2019). 3D-Printable PP/SEBS Thermoplastic Elastomeric Blends: Preparation and Properties. Polymers, 11(2), 347. https://doi.org/10.3390/polym11020347.
5. Fekete, I., Ronkay, F., & Lendvai, L. (2021). Highly toughened blends of Poly(lactic acid) (PLA) and natural rubber (NR) for FDM-based 3D printing applications: The effect of composition and infill pattern. Polymer Testing, 99, 107205. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107205.
6. Galeja, M., Hejna, A., Kosmela, P., & Kulawik, A. (2020). Statychni ta dynamichni mekhanichni vlastyvosti ABS- plastykiv, nadrukovanykh na 3D-printeri, yak funktsiia rastrovoho kuta. Materials, 13(2), 297 [in Ukrainian].
7. Mirzaali, M. J., Caracciolo, A., Pahlavani, H., Janbaz, S., Vergani, L., & Zadpoor, A. A. (2018). Multi-material 3D printed mechanical metamaterials: Rational design of elastic properties. Applied Physics Letters, 113(24), 241903. https://doi.org/10.1063/1.5064864.
8. Pawar, A., Ausias, G., Corre, Y.-M., Grohens, Y., & Férec, J. (2022). Mastering the density of 3D printed thermoplastic elastomer foam structures with controlled temperature. Additive Manufacturing, 58, 103066. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103066.
9. Płatek, P., Rajkowski, K., Cieplak, K., et al. (2020). Deformation process of 3D printed structures made from flexible material with different values of relative density. Polymers, 12(9), 2120. doi.org/10.3390/polym12092120.
10. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Tekhnolohii adytyvnoho vyrobnytstva. Springer Science + Business Media. New York, USA. 510 s. [in Ukrainian].
11. DSTU EN ISO 527-3:2017. (2017). Plastmasy. Vyznachennia vlastyvostei pid chas roztiahuiannia. Part 3. Umovy vyprobuvannia dlia plivok i lystiv. Derzhavnyi standart Ukrainy [in Ukrainian].
12. Bilyi, O. V., & Musiienko, O. S. (2025). Vplyv parametriv 3D-druku na mitsnist vyrobiv z PLA-plastyku. Innovatsii molodi v mashynobuduvanni 2025: Materialy konferentsii. https://scholar.google.com/scholar?oi=bibs&cluster=14690560341301090166&btnI=1&hl=uk [in Ukrainian].
Пристатейна бібліографія ДСТУ
1. Tymoshenko O., Musiienko O., Demeshko Y. Technological damage to structures made by 3D printing. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2025. Vol. 1, № 11(42). P. 101–107. URL: https://doi.org/10.32515/2664-262x.2025.11(42).1.101-107.
2. Afshar R., Jeanne S., Abali B. E. Nonlinear Material Modeling for Mechanical Characterization of 3-D Printed PLA Polymer With Different Infill Densities. Applied Composite Materials. 2023. Vol. 30. P. 987–1001. https://doi.org/10.1007/s10443-023-10122-y.
3. Akhondi S., Christopher-Denny Matte, Tsz Ho Kwok. A study on mechanical behavior of 3D printed elastomers with various infills and densities. Manufacturing Letters. 2023. Vol. 35, Supplement. P. 592–602. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.08.035.
4. Banerjee S. S., Burbine S., Kodihalli Shivaprakash N., Mead J. 3D-Printable PP/SEBS Thermoplastic Elastomeric Blends: Preparation and Properties. Polymers. 2019. 11(2):347. https://doi.org/10.3390/polym11020347.
5. Fekete I., Ronkay F., Lendvai L. Highly toughened blends of Poly(lactic acid) (PLA) and natural rubber (NR) for FDM-based 3D printing applications: The effect of composition and infill pattern. Polymer Testing. 2021. Vol. 99. 107205. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107205.
6. Galeja M., Hejna A., Kosmela P., Kulawik A. Статичні та динамічні механічні властивості АБС-пластиків, надрукованих на 3D-принтері, як функція растрового кута. Materials. 13(2), 297.
7. Mirzaali M. J., Caracciolo A., Pahlavani H., Janbaz S., Vergani L., Zadpoor A. A. Multi-material 3D printed mechanical metamaterials: Rational design of elastic properties. Applied Physics Letters. 2018. Vol. 113 (24). 241903. https://doi.org/10.1063/1.5064864
8. Pawar A., Ausias G., Corre Y.-M., Grohens Y., Férec J. Mastering the density of 3D printed thermoplastic elastomer foam structures with controlled temperature. Additive Manufacturing. 2022. Vol. 58. 103066. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103066.
9. Płatek P., Rajkowski K., Cieplak K. et al. Deformation process of 3D printed structures made from flexible material with different values of relative density. Polymers. 2020. 12(9):2120. doi.org/10.3390/polym12092120.
10. Gibson I., Rosen D., Stucker B. Технології адитивного виробництва. Springer Science + Business Media. Нью- Йорк, США, 2015. 510 с.
11. ДСТУ EN ISO 527-3:2017. Пластмаси. Визначення властивостей під час розтягування. Частина 3. Умови випробування для плівок і листів.
12. Білий О. В., Мусієнко О. С. Вплив параметрів 3D-друку на міцність виробів з PLA-пластику. Інновації молоді в машинобудуванні 2025 : матеріали конференції. 2025. URL: https://scholar.google.com/scholar?oi=bibs&cluster=14690560341301090166&btnI=1&hl=uk.
Copyright (c) 2025 І. Б. Гевко, Р. М. Рогатинський, О. Л. Ляшук, М. І. Пилипець, І. Г. Ткаченко, Р. В. Комар
Міцність виробів із PLA залежно від щільності заповнення та орієнтації шарів при FDM-друці
Про авторів
Мусієнко Ольга Станіславівна , доктор філософії, старший викладач кафедри динаміки і міцності машин та опору матеріалів, НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8255-3909, e-mail: olga.musinko@gmail.com
Білий Олександр Володимирович, здобувач вищої освіти за спеціальністю «Прикладна механіка», НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0002-1968-0993, e-mail: oleksandr.bilyi-mp31@lll.kpi.ua
Анотація
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
1. Tymoshenko, O., Musiienko, O., & Demeshko, Y. (2025). Technological damage to structures made by 3D printing. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 1, 11(42), 101–107. https://doi.org/10.32515/2664-262x.2025.11(42).1.101-107.
2. Afshar, R., Jeanne, S., & Abali, B. E. (2023). Nonlinear Material Modeling for Mechanical Characterization of 3- D Printed PLA Polymer With Different Infill Densities. Applied Composite Materials, 30, 987–1001. https://doi.org/10.1007/s10443-023-10122-y.
3. Akhondi, S., Christopher-Denny, Matte, & Tsz Ho Kwok. (2023). A study on mechanical behavior of 3D printed elastomers with various infills and densities. Manufacturing Letters, 35(Suppl.), 592–602. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.08.035.
4. Banerjee, S. S., Burbine, S., Kodihalli Shivaprakash, N., & Mead, J. (2019). 3D-Printable PP/SEBS Thermoplastic Elastomeric Blends: Preparation and Properties. Polymers, 11(2), 347. https://doi.org/10.3390/polym11020347.
5. Fekete, I., Ronkay, F., & Lendvai, L. (2021). Highly toughened blends of Poly(lactic acid) (PLA) and natural rubber (NR) for FDM-based 3D printing applications: The effect of composition and infill pattern. Polymer Testing, 99, 107205. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107205.
6. Galeja, M., Hejna, A., Kosmela, P., & Kulawik, A. (2020). Statychni ta dynamichni mekhanichni vlastyvosti ABS- plastykiv, nadrukovanykh na 3D-printeri, yak funktsiia rastrovoho kuta. Materials, 13(2), 297 [in Ukrainian].
7. Mirzaali, M. J., Caracciolo, A., Pahlavani, H., Janbaz, S., Vergani, L., & Zadpoor, A. A. (2018). Multi-material 3D printed mechanical metamaterials: Rational design of elastic properties. Applied Physics Letters, 113(24), 241903. https://doi.org/10.1063/1.5064864.
8. Pawar, A., Ausias, G., Corre, Y.-M., Grohens, Y., & Férec, J. (2022). Mastering the density of 3D printed thermoplastic elastomer foam structures with controlled temperature. Additive Manufacturing, 58, 103066. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103066.
9. Płatek, P., Rajkowski, K., Cieplak, K., et al. (2020). Deformation process of 3D printed structures made from flexible material with different values of relative density. Polymers, 12(9), 2120. doi.org/10.3390/polym12092120.
10. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Tekhnolohii adytyvnoho vyrobnytstva. Springer Science + Business Media. New York, USA. 510 s. [in Ukrainian].
11. DSTU EN ISO 527-3:2017. (2017). Plastmasy. Vyznachennia vlastyvostei pid chas roztiahuiannia. Part 3. Umovy vyprobuvannia dlia plivok i lystiv. Derzhavnyi standart Ukrainy [in Ukrainian].
12. Bilyi, O. V., & Musiienko, O. S. (2025). Vplyv parametriv 3D-druku na mitsnist vyrobiv z PLA-plastyku. Innovatsii molodi v mashynobuduvanni 2025: Materialy konferentsii. https://scholar.google.com/scholar?oi=bibs&cluster=14690560341301090166&btnI=1&hl=uk [in Ukrainian].
Пристатейна бібліографія ДСТУ
1. Tymoshenko O., Musiienko O., Demeshko Y. Technological damage to structures made by 3D printing. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2025. Vol. 1, № 11(42). P. 101–107. URL: https://doi.org/10.32515/2664-262x.2025.11(42).1.101-107.
2. Afshar R., Jeanne S., Abali B. E. Nonlinear Material Modeling for Mechanical Characterization of 3-D Printed PLA Polymer With Different Infill Densities. Applied Composite Materials. 2023. Vol. 30. P. 987–1001. https://doi.org/10.1007/s10443-023-10122-y.
3. Akhondi S., Christopher-Denny Matte, Tsz Ho Kwok. A study on mechanical behavior of 3D printed elastomers with various infills and densities. Manufacturing Letters. 2023. Vol. 35, Supplement. P. 592–602. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.08.035.
4. Banerjee S. S., Burbine S., Kodihalli Shivaprakash N., Mead J. 3D-Printable PP/SEBS Thermoplastic Elastomeric Blends: Preparation and Properties. Polymers. 2019. 11(2):347. https://doi.org/10.3390/polym11020347.
5. Fekete I., Ronkay F., Lendvai L. Highly toughened blends of Poly(lactic acid) (PLA) and natural rubber (NR) for FDM-based 3D printing applications: The effect of composition and infill pattern. Polymer Testing. 2021. Vol. 99. 107205. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107205.
6. Galeja M., Hejna A., Kosmela P., Kulawik A. Статичні та динамічні механічні властивості АБС-пластиків, надрукованих на 3D-принтері, як функція растрового кута. Materials. 13(2), 297.
7. Mirzaali M. J., Caracciolo A., Pahlavani H., Janbaz S., Vergani L., Zadpoor A. A. Multi-material 3D printed mechanical metamaterials: Rational design of elastic properties. Applied Physics Letters. 2018. Vol. 113 (24). 241903. https://doi.org/10.1063/1.5064864
8. Pawar A., Ausias G., Corre Y.-M., Grohens Y., Férec J. Mastering the density of 3D printed thermoplastic elastomer foam structures with controlled temperature. Additive Manufacturing. 2022. Vol. 58. 103066. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103066.
9. Płatek P., Rajkowski K., Cieplak K. et al. Deformation process of 3D printed structures made from flexible material with different values of relative density. Polymers. 2020. 12(9):2120. doi.org/10.3390/polym12092120.
10. Gibson I., Rosen D., Stucker B. Технології адитивного виробництва. Springer Science + Business Media. Нью- Йорк, США, 2015. 510 с.
11. ДСТУ EN ISO 527-3:2017. Пластмаси. Визначення властивостей під час розтягування. Частина 3. Умови випробування для плівок і листів.
12. Білий О. В., Мусієнко О. С. Вплив параметрів 3D-друку на міцність виробів з PLA-пластику. Інновації молоді в машинобудуванні 2025 : матеріали конференції. 2025. URL: https://scholar.google.com/scholar?oi=bibs&cluster=14690560341301090166&btnI=1&hl=uk.
Copyright (c) 2025 І. Б. Гевко, Р. М. Рогатинський, О. Л. Ляшук, М. І. Пилипець, І. Г. Ткаченко, Р. В. Комар